游戏引擎中的动画系统Animation System是什么？

在游戏引擎中，动画系统（Animation System）扮演着至关重要的角色。它能让角色与物体随时间推移，通过运动和视觉变化变得鲜活-原本静态的3D模型，经该系统处理后，可转化为能行走的角色、飘动的旗帜或是可开合的门。要让3D模型动起来，需先在模型上绑定虚拟骨骼，并构建骨骼的层次结构。

什么是动画系统？

这些骨骼与模型网格紧密关联，骨骼的移动会带动模型网格产生变形；借助这种关联，我们便能通过操控骨骼让模型摆出不同姿势，进而实现更丰富的动作效果。

游戏引擎为管理和应用这些动画，提供了丰富的工具与功能：其中，骨架网格体与骨架是动画的基础支撑；动画序列用于记录预先设定的动作片段；动画蓝图等工具可通过可视化方式编排动画逻辑；动画混合能让不同动画之间自然过渡；动画蒙太奇可组合多个动画片段；变形目标（Morph Target）则能实现模型的局部精细变形。

我们以虚幻引擎为例，其拥有强大的骨骼网格动画系统，并配备了动画蓝图、动画蒙太奇、Control Rig等专门的编辑器与工具，可助力开发者创建复杂的动态角色动画。

此外，该引擎还在开发名为“虚幻动画框架（UAF）”的次世代系统，重点提升系统的性能与模块化水平。骨骼动画是3D模型动画制作的核心技术：它通过相互连接的“骨骼”层次结构发挥作用，当驱动骨骼移动时，会带动模型网格同步变形，最终让模型产生连贯动作。

现代游戏动画并非简单播放预先录制的动作或动画序列，而是通过复杂的逻辑、混合技术与程序算法，打造动态且反应灵敏的角色动作，以适配游戏需求。尽管预先录制的动画序列是基础，但游戏引擎仍需依托动画蓝图、动画混合、程序动画等复杂系统，让角色能对玩家输入及动态变化的游戏世界，做出更具说服力的反应。

骨架网格体和骨架

在游戏引擎中，角色及复杂对象动画的核心要素是骨架网格体（Skeletal Meshes，又称骨骼网格体）与骨架（Skeletons），二者是让静态3D模型能够摆出姿势、实现动画的基础资产。骨架网格体是角色或对象在游戏中呈现的可见3D模型，即我们实际看到的多边形网格与纹理，它如同动画实体的“皮肤”或“身体”。

与骨架网格体紧密关联的是骨架——更准确地说，是附加在骨架网格体上的骨架。骨架由相互连接的“骨骼”或“关节”构成分层结构，与真实生物的骨架极为相似，这些骨骼正是网格动画的控制点。当移动或旋转骨骼时，骨架网格体中与该骨骼“加权绑定”的顶点会随之移动，进而带动网格产生变形。将网格顶点与骨骼关联，并明确每块骨骼对特定顶点影响程度的过程，被称为“蒙皮”，也叫“加权”或“权重绘制”。

这一过程通常不在游戏引擎内完成，而是在资产导入前，通过Maya、3ds Max、Blender等外部3D建模与动画软件操作。借助蒙皮，骨骼的运动能精准带动网格顶点变化，呈现出自然流畅的动画效果，为游戏中的角色与对象赋予鲜活生命力。

动画序列

动画序列（Animation Sequences）是游戏引擎动画系统中角色与物体运动的核心基石。它以独立片段或文件的形式，承载着骨架网格体的骨骼在特定时间段内的姿势与变换数据。每个动画序列对应一个完整的独立动画，比如角色的行走循环、待机姿势、跳跃动作，或是敌人的攻击姿态等。这些序列通常由动画师在外部3D软件中精心制作后，直接导入游戏引擎。

在动画序列中，动画数据以关键帧（Keyframes）形式存储。关键帧如同精准的“时间标记”，记录着骨骼在特定时间点的位置、旋转与缩放信息。游戏引擎会在这些关键帧之间自动进行插值处理，生成平滑的中间帧，最终呈现出连续连贯的运动效果。不过，动画序列属于静态资产，本身不包含游戏逻辑，其播放与组合需依赖动画系统的其他模块控制。以虚幻引擎为例，动画序列的播放与组合由动画蓝图或动画蒙太奇负责，唯有如此，才能让游戏中的角色与物体展现出丰富多样的动态表现。

动画蓝图

动画序列为游戏动画提供了基础原始数据，而动画蓝图（Animation Blueprints）则是让动画“活起来”的关键-它是虚幻引擎中专门为动画逻辑设计的特殊蓝图类型。动画蓝图通过可视化脚本界面，精准定义骨架网格体的动画状态与行为。它掌控着动画序列的播放、混合与修改方式，能根据游戏中的实时情况（如玩家输入、场景变化），生成动态且具备反应性的角色动画。动画蓝图包含两个核心图表：事件图表与动画图表。在事件图表中，可处理角色移动等各类事件，并根据事件更新控制动画的变量，为动画变化提供触发条件；而动画图表则负责确定骨架网格体的最终姿势——它能混合、组合不同动画序列，并依据变量更新结果决定输出的动画姿态，让角色动作更丰富自然。在动画图表中，多种动画节点可助力实现复杂动画行为，其中就包括状态机、混合空间、动画姿势相关节点等。

动画状态机（State Machine）是动画制作中的常用系统，它能清晰定义各类动画状态，以及角色在不同状态间转换的条件，如同为角色动画搭建了“逻辑枢纽”，确保动画切换流畅且符合游戏逻辑。

动画混合

动画混合（Animation Blending）是游戏动画系统中的核心基础技术，起着至关重要的作用——它能让不同动画状态或序列之间实现平滑自然的过渡。若没有动画混合，角色从行走等动画状态切换到奔跑等其他状态时，动作变化会显得突然生硬，严重破坏游戏的沉浸感与真实感。动画混合的工作原理，是在短时间内对两个或多个动画的姿势进行插值运算。

游戏引擎会根据混合“权重”或“因子”，通过融合不同动画的骨骼变换，精确计算出中间姿势。混合权重的范围通常为0至1（或0%至100%）：权重为0时，仅第一个动画对最终姿势完全生效；权重为1时，仅第二个动画生效；权重介于两者之间时，两个动画会按比例混合，呈现出多样的过渡效果。不同混合类型有着不同的应用场景，以下是几种常见方式：

交叉淡入淡出：常用于两个动画片段的平滑过渡。当从动画A切换到动画B时，动画A的权重会从1逐渐降至0，同时动画B的权重从0增至1；过渡过程中两者叠加播放，最终实现无缝切换。例如角色从“站立”切换到“行走”时，通过这种方式可避免动作“跳帧”，让过渡更流畅。

混合空间：基于参数控制的多动画混合方式，适用于连续变化的动作。将多个动画按参数分布在一维或二维空间中，游戏引擎会根据实时输入的参数（如移动速度、转向角度），计算空间中对应位置的动画权重，混合出符合当前状态的动画。比如角色跑步时，系统会根据速度快慢，自动混合“慢跑”“中速跑”“快跑”；或根据转向角度，混合“直行跑”“左转弯跑”“右转弯跑”，让动作更贴合实际情况。

分层混合：按“基础层+叠加层”的结构组合动画。底层为核心动作（如“跑步”），上层为附加动作（如“挥手”），且上层动画仅影响特定骨骼（如上半身骨骼），不会干扰底层整体运动。通过这种方式，可实现“边跑步边挥手”的复杂动画效果。

叠加混合：将一个动画姿势与参考姿势的“差异”叠加到另一个动画上，常用于动画微调，比如实现角色倾斜、瞄准偏移等细微动作变化。

过渡混合：特指动画状态切换时的混合，本质是交叉淡入淡出的扩展，常与状态机的转换逻辑结合，确保状态切换时动画更自然。动画混合对制作真实可信的角色动作至关重要。例如在游戏中，当角色从奔跑状态迅速停下并举起盾牌时，可通过状态机的转换逻辑，让“奔跑”动画向“待机”或“停止”动画过渡混合；同时借助分层混合技术，播放上半身的“举盾”动画，而下半身仍在从奔跑状态过渡或稳定——这样的组合能让角色动作更逼真，为玩家带来更强的沉浸感。

动画蒙太奇

动画蒙太奇是虚幻引擎等游戏引擎中极具实用性的资产，为动画播放的整合与控制提供了灵活多样的方案。简单来说，动画蓝图负责管理角色的整体动画状态（如行走、奔跑、跳跃等），而动画蒙太奇则专注于播放特定的触发式动作——这些动作既可以中断当前播放的主动画，也能叠加在主动画之上。例如前文提到的“分层混合挥手”场景，挥手动画就可通过动画蒙太奇实现。可将动画蒙太奇理解为“动画包”，它能整合多个动画片段，比如角色的攻击组合、步枪换弹、被击中反应，或是特殊技能释放动画等。相较于在复杂的动画蓝图状态机中管理这些特定动作，动画蒙太奇能对其进行更精细的控制。

同时，动画蒙太奇涉及片段、插槽、动画通知、混合控制等概念（此处暂不深入展开），通常由游戏玩法代码或蓝图触发，播放时可接管指定插槽的动画。例如当角色处于行走或奔跑状态（基础动画图表中的移动状态）时，若触发指定插槽的“攻击蒙太奇”，攻击动画就能顺利播放，让角色动作表现更丰富自然。

变形目标

Morph Targets3D动画的实现方式丰富多样：骨架动画凭借自身优势，在大范围、大规模运动场景（如角色大幅度奔跑、跳跃）中表现出色；但当需要对网格顶点进行小范围精确控制时，骨架动画便显得力不从心，这时变形目标技术就能派上用场。

变形目标（Morph Targets，有时也叫混合形状Blend Shapes）是一种独特的3D网格变形动画技术，与骨架动画存在本质区别——骨架动画依靠骨骼运动带动网格变形，而变形目标则直接操纵单个顶点的位置。其基本原理并不复杂：首先创建基础网格（如以人物脸部的中性表情作为基础模型），随后构建一个或多个“目标网格”——在目标网格中，通过移动顶点塑造特定变形效果（比如将脸部网格调整为微笑、眼睛闭合的形态）。

在游戏引擎中，可灵活调整每个变形目标的“影响值”或“权重值”，实现基础网格与目标网格之间的平滑“变形”或混合：影响值为0时，变形目标无任何作用；影响值达到1（或100%时），网格会完全变形，与目标网格的顶点位置完全一致。变形目标技术的优势，在于能处理骨架动画难以实现的精细变形。

在游戏制作中，它最常见的应用场景是创建逼真的面部动画-让角色生动展现喜怒哀乐等情绪，或流畅模拟说话时的口型变化。可见，3D动画并非完全依赖骨架实现：骨架动画虽常见且适用于大规模运动，但变形目标技术对于特殊类型的变形（尤其是面部动画）不可或缺——它能精准控制顶点位置，轻松实现面部表情、肌肉隆起等细微变形，而这些变形若靠骨架动画实现，往往难度极大。