Наши попытки процедурной анимации движения персонажа

Это наш первый пост здесь и он, скорее всего, не будет полезен профессиональным аниматорам так как они делают анимации на завтрак, обед и ужин. Думаю их этим не удивить. Так же в посте отсутствует мат.часть ибо писал не для того чтобы учить кого-то. Пост в целом для того чтобы показать обобщенное направление работы и полученный нами результат.

Возникла необходимость сделать анимацию персонажа для игры, которую мы делаем “на коленке". Чем нам не угодили mocap - анимации и анимации с mixamo.com:

Побираясь, как бездомный в чьем-то ведре, в поисках нужных анимаций в течении недели, мне удалось собрать некого Франкенштейна. Именно Франкенштейна потому, что анимаций надыбал отовсюду. Ходил персонаж как офисный работник, крался как эльф 80-го уровня, приседал как человек-паук. Шучу, все было не так уж и ужасно, конечно, для обывателя может и пойдет, а вот меня все же неустраивало разношерстность анимаций. Хотя блендинг и прочие процедурные фишки сильно улучшали дело... Да и ноги не прилипали к земле как надо. Меня это жутко раздражает, когда анимация персонажа не на 100% соответствует тому, что он делает, ноги проходят сквозь пол, руки сквозь стены... ну вы поняли, 21-й век как никак.

Что важно для анимации персонажа: нужно передать ощущение того как персонаж передвигается с учетом физики. Короче, анимация нужна процедурная. Это крайне важно для нашего 3D пазла от первого лица.

Итак поехали. Обобщенно задача состоит в разработке системы анимации персонажа таким образом, чтобы можно было относительно гибко настраивать анимацию под свои нужды (корче, еще раз, чтобы анимация была процедурной). Для реализации этого, нужно знать что есть инверсная кинематика и уметь ее реализовывать. Погуглив и ознакомившись собрал простейшую IK, подключил пару костей. Работает. Добавили ограничения, чтобы локти не выворачивались в другие стороны и чтобы кости были похожи на кости. Сделано.

Далее, настало время для машинного обучения. Подключаем обучалку к ногам и обучаем ноги ходить, а руки крутиться. На Github был очень хороший пример с какими-то бегающими человечками с разным количеством ног. Этот проект лег в основу. Далее не помню как закончил этот адский ад.

В итоге после 2-х недель возни по 12 часов со всей этой ерундой у меня на столе лежал набор как-то дергающихся тестовых конечностей. Кстати, некоторые видео сохранил. Тогда я не думал что решу писать об этом пост:

Отлично, цепляем все к телу, еще немного IK и получаем что-то типа (одно из приближений):

Обратите внимание на лодыжку. C ней вечно были проблемы. Дело в том, что наш робот сделан инженерами-конструкторами и соединения должны гнуться строго по оси и никак иначе. Хотя это далеко не последний вариант робота, но в целом все примерно так. (Спойлер: соединение ложыжки мы все же переделали. Инженеры поставили его на 3 гидропривода, что дало нужное число степеней свободы).

Далее используем наш ИИ для ноги. Не зря же нога у нас обучалась ходить сама по себе без тела XD Подключаем ИИ к ногам и говорим им болтаться:

А теперь ногам приказываем ходить. Здесь нет отклика от пола, ноги не воспринимают коллайдер пола. Иначе роботу на самом деле пришлось бы пойти.

Ну вот все что сделано выглядит вроде и ничего, по отдельности. Когда я соединил все в одно тело, то понял: емое... Позиция ноги, руки, головы (короче, каждой части тела) должна вносить изменение в позицию всего тела и следовательно влиять на другие конечности. Иначе робот ходил как деревянный буратино. Ничего не поделаешь, видать именно так ходят "идеальные" машины лишенные уникальности (уровень робота "Вертер" достигнут!):

Повозившись еще с инверсной кинематикой и мозгами всех частей тела, все же удалось сделать анимацию более естественной.

Здесь экспериментирую с тем как робота придавливает плита. Робот должен корректно анимировать позицию своего тела:

На вторые руки не обращайте внимания. Сделал доп.пару рук чисто для себя, для сравнения того как разные алгоритмы будут обрабатывать стену.

Что хотелось бы добавить. Полностью избежать использования mocap анимации не удалось. Почему так? Дело в том, что роботу нужна индивидуальность, стиль перемещения. именно для этого ему даются наборы анимаций с которых он перенимает пластику движения и использует ее при расчете процедурной анимации перемещения. Как-то так.В тестах использовалась модель-аналог робота Федора. Извините, это неточная копия. Чертежей не было, собрали "на глаз" :D

Ссылки на наши некоторые наработки по игре (в виде скетчей):

https://twitter.com/CGAleksey