Unity中IK动画与布偶死亡动画切换的实现

在Unity游戏开发中，Inverse Kinematics（IK）是创建逼真角色动画的强大工具。同时，能够在适当的时候切换到布偶物理状态来实现死亡动画等效果，可以极大地增强游戏的视觉体验。本文将详细介绍如何在Unity中利用IK实现常规动画，并在需要时切换到布偶状态以展示死亡动画。

一、IK动画基础

1.1 设置Animator和IK目标

首先，我们需要为角色添加Animator组件，它将负责管理角色的动画状态机。同时，确定IK目标（查看 Animation Rigging教程），例如对于一个双足角色，我们通常会有左右脚和头部等IK目标。这些目标可以是空的游戏对象，它们的位置和旋转将通过IK算法来影响角色的骨骼。 从而实现更自然的动画效果。

以下是相关的代码声明：

// 用于控制角色动画的Animator组件
public Animator animator; 
// 左脚IK目标的Transform，用于设置左脚在动画中的目标位置和旋转
public Transform leftFootIKTarget; 
// 右脚IK目标的Transform
public Transform rightFootIKTarget; 
// 头部IK目标的Transform，这里只是示例，可根据需要添加更多IK目标，比如手部等
public Transform headIKTarget; 

1.2 在代码中启用IK

为了让Animator组件根据我们设置的IK目标工作，我们需要在脚本中重写OnAnimatorIK方法。这个方法用于设置IK权重和目标位置/旋转。以下是一个简单的示例，用于设置脚部和头部的IK目标：

// 当Animator处理IK时调用此方法，layerIndex表示当前动画层索引
void OnAnimatorIK(int layerIndex)
{
    // 首先确保Animator组件存在，否则无法进行IK设置
    if (animator)
    {
        // 设置左脚IK的位置权重为1，表示完全应用IK位置计算。AvatarIKGoal.LeftFoot是Unity定义的表示左脚IK目标的枚举值
        animator.SetIKPositionWeight(AvatarIKGoal.LeftFoot, 1f); 
        // 设置左脚IK目标的位置，animator会根据这个位置来调整角色左脚的位置
        animator.SetIKPosition(AvatarIKGoal.LeftFoot, leftFootIKTarget.position); 
        // 设置左脚IK的旋转权重为1，表示完全应用IK旋转计算
        animator.SetIKRotationWeight(AvatarIKGoal.LeftFoot, 1f); 
        // 设置左脚IK目标的旋转，animator会根据这个旋转来调整角色左脚的旋转
        animator.SetIKRotation(AvatarIKGoal.LeftFoot, leftFootIKTarget.rotation); 

        // 右脚IK的设置，与左脚类似
        animator.SetIKPositionWeight(AvatarIKGoal.RightFoot, 1f);
        animator.SetIKPosition(AvatarIKGoal.RightFoot, rightFootIKTarget.position);
        animator.SetIKRotationWeight(AvatarIKGoal.RightFoot, 1f);
        animator.SetIKRotation(AvatarIKGoal.RightFoot, rightFootIKTarget.rotation);
  
    }
}

通过这样的设置，角色的脚部和头部就会根据我们设定的IK目标来动态调整位置和旋转，从而实现更自然的动画效果，比如行走、站立、转头等动画。

二、基于IK的常规动画实现

2.1 行走动画示例

对于行走动画，我们可以通过改变IK目标的位置来模拟脚步的移动。这里我们假设已经有一个walkSpeed参数来控制行走速度。

// 行走速度，用于控制角色行走动画的速度，值越大，单位时间内行走的距离越远
public float walkSpeed = 2.0f; 
// 记录左脚行走步骤的进度，范围从0到stepTime，表示当前左脚行走步骤的完成程度，初始值为0
private float leftFootStepProgress = 0; 
// 记录右脚行走步骤的进度，与左脚类似，初始值为0
private float rightFootStepProgress = 0; 
// 表示左脚是否正在移动的标志，在更完整的代码逻辑中应该有相应的设置和更新机制
private bool isLeftFootMoving; 
// 表示右脚是否正在移动的标志，同理
private bool isRightFootMoving; 
// 角色每一步抬起的高度，用于在行走动画中实现抬脚的效果，值越大，抬脚越高
private float stepHeight; 
// 记录左脚的初始位置，在动画过程中用于计算当前位置
private Vector3 leftFootInitialPosition; 
// 记录右脚的初始位置，用于计算右脚在动画中的当前位置
private Vector3 rightFootInitialPosition; 

void Update()
{
    // 根据行走速度计算每一步所需的时间，用于控制脚步移动的节奏
    float stepTime = 1 / walkSpeed; 

    // 左脚的动画逻辑
    if (isLeftFootMoving)
    {
        // 增加左脚行走步骤的进度，根据每帧的时间增量（Time.deltaTime）来更新。Time.deltaTime是Unity提供的表示上一帧到当前帧的时间间隔
        leftFootStepProgress += Time.deltaTime; 
        // 如果左脚行走步骤的进度超过了一步所需的时间（stepTime），表示这一步已经完成
        if (leftFootStepProgress >= stepTime)
        {
            // 将左脚行走步骤的进度重置为0，准备下一次行走步骤
            leftFootStepProgress = 0; 
            // 设置左脚不再移动，后续需要有相应的逻辑来重新触发移动
            isLeftFootMoving = false; 
        }
        // 计算当前左脚行走步骤的插值因子t，用于计算当前左脚的目标位置，t的范围是0到1，用于实现脚步移动的平滑过渡
        float t = leftFootStepProgress / stepTime; 
        // 根据正弦函数计算当前左脚在垂直方向上的位置变化，以实现抬脚和落脚的效果。Mathf.Sin(t * Mathf.PI)的值在0到1再到0之间变化，乘以stepHeight就得到了垂直方向的位移
        Vector3 targetPosition = leftFootInitialPosition + new Vector3(0, Mathf.Sin(t * Mathf.PI) * stepHeight, 0); 
        // 设置左脚IK目标的位置，驱动动画系统更新左脚的位置，使角色的左脚根据计算出的位置移动
        leftFootIKTarget.position = targetPosition; 
    }
    else
    {
        // 如果左脚没有移动，将左脚IK目标位置设置为初始位置
        leftFootIKTarget.position = leftFootInitialPosition; 
    }

    // 右脚的动画逻辑，与左脚类似
    if (isRightFootMoving)
    {
        rightFootStepProgress += Time.deltaTime;
        if (rightFootStepProgress >= stepTime)
        {
            rightFootStepProgress = 0;
            isRightFootMoving = false;
        }
        float t = rightFootStepProgress / stepTime;
        Vector3 targetPosition = rightFootInitialPosition + new Vector3(0, Mathf.Sin(t * Mathf.PI) * stepHeight, 0);
        rightFootIKTarget.position = targetPosition;
    }
    else
    {
        rightFootIKTarget.position = rightFootInitialPosition;
    }
}

通过上述代码，我们利用IK目标位置的改变和时间控制，实现了基本的行走动画效果，角色的双脚会根据设定的速度和高度参数进行抬脚和落脚的动作。

三、布偶状态与死亡动画

3.1 设置布偶物理组件

要实现布偶状态，我们需要为角色添加适当的物理组件。首先是Rigidbody，它赋予角色物理属性，如重力、质量等。同时，对于每个骨骼，我们可以添加CharacterJoint或ConfigurableJoint等关节组件来模拟物理连接，使角色在物理模拟下呈现出类似布偶的效果。

以下是相关的代码示例：

// 用于布偶物理模拟的根Rigidbody组件，它是整个布偶物理系统的基础，控制角色整体的物理行为
public Rigidbody rootRigidbody; 
// 角色各个关节的CharacterJoint数组，CharacterJoint用于模拟关节的物理连接，这里可用于布偶物理效果，每个关节都有其特定的物理属性设置
public CharacterJoint[] joints; 

void Start()
{
    // 初始时关闭根Rigidbody的物理模拟，使角色处于动画控制状态，不受物理引擎的影响，这样可以先让角色执行IK动画
    rootRigidbody.isKinematic = true; 
    // 遍历所有关节，关闭关节预处理。这一步可以在初始化时避免一些不必要的物理计算，在切换到布偶状态时再重新启用
    foreach (var joint in joints)
    {
        joint.enablePreprocessing = false; 
    }
}

3.2 切换到布偶状态实现死亡动画

当角色死亡时，我们可以通过以下步骤切换到布偶状态：

// 用于触发角色死亡并切换到布偶状态的函数
public void Die()
{
    // 禁用Animator组件，停止基于动画状态机的动画播放，角色将不再受动画状态机控制，而是转为受物理引擎控制
    animator.enabled = false; 
    // 启用根Rigidbody的物理模拟，使角色进入布偶物理状态，开始受物理引擎的各种物理规则影响，如重力、碰撞等
    rootRigidbody.isKinematic = false; 
    // 遍历所有关节，启用关节预处理，使关节在物理模拟中正常工作，模拟布偶的物理效果，关节会根据物理作用力做出相应的动作
    foreach (var joint in joints)
    {
        joint.enablePreprocessing = true; 
    }
    // 给根Rigidbody添加一个向下的力，模拟死亡后的倒下效果。这里的力的大小和方向可以根据实际情况调整，ForceMode.Impulse表示瞬间施加一个力
    rootRigidbody.AddForce(Vector3.down * 5f, ForceMode.Impulse); 
}

通过这样的切换，角色就会从基于IK的动画状态切换到布偶物理状态，模拟出死亡后的倒下等效果，给玩家更真实的视觉感受。

四、动画状态切换的管理

在游戏中，需要合理地管理动画状态的切换。可以使用状态机或脚本逻辑来决定何时从正常的IK动画切换到死亡的布偶状态。例如，可以通过检测角色的生命值，当生命值为0时触发Die函数。这种方式可以根据游戏的具体逻辑来灵活调整，使动画过渡更加自然和符合游戏情境。

通过以上步骤，我们可以在Unity中实现基于IK的常规动画，并在合适的时机切换到布偶状态来展示死亡动画，为游戏角色带来更丰富和逼真的动画表现。希望本文对您在Unity动画开发方面有所帮助。