Unityアニメーションシステムの 今と未来の話
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Animation（Legacy）やMecanim、TimelineやSimple Animationといった機能の考え方や使い所、そしてPlayable APIやAnimation C# Jobs、Kinematicaなどの新機能が"どういった機能"で"何ができるようになるのか"といった情報を整理して紹介します。 このスライドは、TECH x GAME COLLEGE #5で紹介したスライドを少し手直ししたものとなります。 https://techxgamecollege.connpass.com/event/99824/
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Unityアニメーションシステムの 今と未来の話
- 2. お品書き • Unityにおけるアニメーションとは • Animationという機能 • Mecanimとは何なのか • もっと細かく制御したい人のための Playable API • Timelineとは • Animation C# Jobsという新機能 • Kinematicaという未来
- 3. アニメーションとは • Animation → 時間で変化するもの 0 frame 15 frame 30 frame45 frame 60 frame30 frame
- 4. 時間を元にカーブを取得 時間 変化 1.0 1.3 0.2 • 時間を引数に現在の値を取得 • キーフレーム間は補完される • 変化に登録できる項目 • Inspectorで表示される項目 • position、rotation、Color、UV （Animation、Animator） • Sprite, Material等 （Animator） 時間を聞けば現在の値を貰える
- 6. 変形はスキニング •ボーン情報とウェイト情報を 元にモデルの頂点を変形 •UnityではGameObject経由 でボーンを動かす •変形はCPUもしくはGPU GPU Skinningは以前はstream outputを 使用していたが、現在はcompute shaderへ切り替え中 GameObjectを動かせば変形する
- 9. Animationの機能 • AnimationClipからカーブ情報を取得 • 時間を基準に情報を変化 • ２つのカーブをブレンド • メソッドを呼び出し
- 11. アニメーションの事後処理 • Animationで動くキャラクター に効果を追加 • LateUpdateのタイミングで GameObjectを操作 • 用途： • 揺れもの （胸、髪、アクセサリ） • IK アニメーション処理 アップデート 事後処理 描画処理 物理演算
- 13. アニメーションの 今2012 ~
- 14. アニメーションの機能 • Animation (Legacy、消される気配が無い) • Mecanim (Animator, Avatar, AnimationController) • Timeline (PlayableDirector, PlayableAsset)
- 16. Mecanimは複数の機能を持つ • GameObjectを経由せず直接マトリクスに書き込み • リターゲット • キャラクターの移動をアニメーション側の移動量で制御 • 再生すべきアニメーションを判断する機能 Mecanimを一言で紹介するのは難しい “StateMachineを持つ！” としか紹介されないことが多い
- 18. リグは骨を簡単に動かす仕組み モデリング アニメーション ボーン追加 ボーンとポリゴンを 関連付け ボーンのポリゴンへの 影響を設定 動きを作成 ボーンを動かす ルールを設定 リギングスキニング
- 21. 直接マトリクスに書き込み • Avatar経由でアニメーション情報を直接ボーンに書き込む （オプション） Transformを操作しない分だけ効率的 (コレを使用すると、代わりにアニメーションの事後処理が使えなくなる) • GameObjectの階層も減らせる Mecanimの 機能その2 Animation GameObject Skinning Animator Bone Bone Skinning 書込 参照 参照 参照書込 書込 or Optimized Game Objectの機能
- 22. アニメーションで移動 スライディング ローリング Mecanimの 機能その3 Apply Root Motionの機能 移動距離 ダッシュ
- 28. Blend Tree • プロパティを元に アニメーションをブレンド • 最も近い要素にブレンド • 1軸、2軸、n軸で利用可能 • アクションのタイミングが 同じ物をブレンドすると 自然に繋がる （走行時の足を蹴るタイミング等の場合） Animation Controllerでアニメーションを選択する為の機能１
- 29. 設定の流れ 1. Blend Treeを登録 2.Animation Clipを登録 3. 軸を２軸に変更 4. Animation Clipの速度と角速度で Blend Treeのx,y軸を自動設定 AnimationClipの移動とパラメーターが 一致するBlend Treeが完成
- 31. パラメーターを設定する • 周辺の情報や、やりたい事を パラメーターとして AnimationControllerに渡す Animator.SetFloat(“key”, value) • StateMachineBehaviourで AnimationController自身に パラメーターをセットする事も
- 32. StateMachineBehaviourの特徴 • Animationに関わる機能をGameObjectから AnimationControllerに渡す （周辺状況の確認をAnimationController側で完結） • ステート毎、サブステート毎、もしくは 全ステートに処理が登録可能 • ステートのIN/OUTのタイミングで処理を呼ぶ Animation Controller State State State StateMachine BehaviourStateMachine Behaviour StateMachine Behaviour パラメーターを自動的にセットする時に便利な機能 StateMachine Behaviour StateMachine Behaviour
- 35. StateMachine • BlendTreeで制御できない ものはStateMachine化 • アニメーションの切替先に 条件があるもの • 切替タイミングを厳密に 調整したい場合 Animation Controllerでアニメーションを選択する為の機能2
- 38. 複数の切り替わるタイミング Animation State 左足の接地タイミングで切替 time : 0 time : 1 切り替わるタイミングを複数持つ 足滑り回避したいが、ループが一周するまで待つのはよろしくない場合の回避方法
- 40. Clipの一部を上書き
- 44. ここまで紹介したが実際の話 • モバイルゲーム向けに ここまでの制御は要らない • 遷移も含めてスクリプトで 制御が望ましいケースも （アニメーションのキャンセルが多い場合、 ステートマシンは厳しい）
- 45. ここまで紹介したが実際の話 • GameObjectを経由せず直接マトリクスに書き込み • リターゲット • キャラクターの移動をアニメーション側の移動量で制御 • 再生すべきアニメーションを判断する機能 使いたいのはコレだけ ２D系だと特に。
- 46. Simple Animation • Animationの使い勝手で Animatorを使用する • AnimationClipだけで再生 ステートマシン無し • Githubにて公開 https://github.com/Unity-Technologies/ SimpleAnimation
- 48. Playable API • ツリー構造を評価して 処理を実行 （音・動き・エフェクト） • 時間を渡して処理を返す • ツリー構造でウェイトを設定 アニメーション制御機構を自作したい人のための
- 49. Playable API • AnimationControllerの階層化 • もっとシンプルなアニメーション再生 • 独自のアニメーション切替機構
- 52. Playable APIの仕組み PlayableGraph Output AnimatorControllerPlayable AnimationClipPlayable AnimationClipPlayableウェイトで アニメーションを ブレンド アニメーション制御 （好きなように作る） weight 0 weight 1
- 53. Playable APIの例 Simple Animation Animation Controller 再生するアニメーション構造を管理 再生するアニメーション構造を管理
- 54. Animation Instancing Texture Position Normal ピクセルの位置（ R G B色（ ））x y 頂点の番号 時間 x y z • シェーダー(GPU)でアニメーションを実現 • Instancing（効率的な描画）が使える • 超ローポリ向け • Animation Texture Baker for Unityが 個人的に一番オススメ
- 55. 使い分け AnimationController Simple Animation Animation Instancing 制御方法 負荷 用途 AnimationController スクリプト マテリアル差替 この３つの内なら 若干高め 単体再生なら安い 自作の制御機構で上下 GPUのみで動作 Instancingが使える 激安 制御を抽象化 大量のキャラクター再生向き ローポリ専用 アニメーションベースでキャラを 動かしたい人向け アニメーション割込が多いケース向け
- 56. Timeline
- 58. Timelineの特性 • タイミングを調整しながら動き を作り込める • アニメーションを流し込める • 複数の動きが連携する 表現を作りやすい
- 62. 複数の動きが連携 • カメラワーク（Cinemachine） • オーディオリスナー • エフェクト（Particle） • 自キャラの動き • 相手（敵、ドア、ギミック）の反応
- 63. Timelineの呼出 prefab • カメラワーク（Cinemachine） • オーディオリスナー • エフェクト（Particle） • 自キャラの動き • 相手（敵、ドア、ギミック）の反応 (Asset) GameObject (Scene) Prefabに格納 実行時にバインド
- 64. アニメーションの 未来
- 66. Animation C# Jobs • AnimationStreamにアクセスして アニメーションの評価に干渉 • Playable APIを利用 • C# Job Systemでもある （つまりBurstコンパイラが使える） ※C# Job System = UnityのWorker ThreadをC#から使用する仕組み
- 67. ストリームに割込 • プロパティやTransform評価に割り込み Streamに直接書き込む場合はAnimatorUtility.OptimizeTransformHierarchyが必要 AnimationClip Skinning Animation Stream 書込 参照 今まで Skinning Animation Stream 書込 参照Animation C# Jobs 書込 New AnimationClip
- 68. ストリームに割込 • もしくは自作のアニメーション制御 Skinning Animation Stream 書込 参照 Skinning Animation Stream 書込 参照書込 今まで New 独自ファイル Animation C# Jobs AnimationClip AnimationClip
- 69. Animation Streamで出来ること • 独自のIK処理（Look At、Generic IK、Full Body IK） • 独自のマスク処理 • 独自のアニメーションブレンド • 独自の手続き型アニメーション • 独自のアニメーション
- 70. Playableに注入して動作 PlayableGraph Output AnimationScriptPlayable Any playables IAnimationJob Animation C# Jobsで 処理する内容 登録
- 71. Animation Stream Animation C# Jobの流れ output Transform Stream Handle Property Stream Handle IAnimationJob Transform Scene Handle Animation Stream Clip Animation Stream Avatarの認識する オブジェクトの子Transform Avatarの認識する オブジェクトのプロパティ Avatarの認識していない Transform
- 72. 並列処理 • C# Job System上で動作 ※現状、Animation C# Jobsの数だけ ジョブ発行（即完了待ち） • Transformの書込も ジョブ上で実行
- 74. Kinematica • AnimationClipではなく ポーズを動的に選択するシステム • 期待する経路を軌跡として指示 • 軌跡（過去の情報と未来の予定）から 最適なポーズを選択
- 77. ポーズの学習 • アニメーションは連続した ポーズの組み合わせ • ポーズ一覧をライブラリに格納 • モーションデータと 軌跡からポーズを学習 Motion Database
- 78. • Animation C# Jobs上で動作
- 79. まとめ
- 80. Animation再生 • Animatorが基本 • Avatarでボーンや体型の違いを吸収 • Root Motoinでキャラクターの 位置情報を利用（任意）
- 81. Animation制御 • Timeline • 特定のアニメーションを 特定のタイミングで再生 • Animation Controller • パラメーターを元に再生する アニメーションを選択 • Simple Animation • スクリプトで再生するアニメーションを選択
- 82. Playable / Animation C# Jobs • アニメーションの低レイヤー • Playable API • 再生するアニメーションを管理 • Animation C# Jobs • Animationを制御 PlayableGraph PlayableOutput IAnimationJob
- 83. Kinematica • AnimationClipによる “常に同じアニメーション” の脱却 • 軌跡から行うべき、連続するポーズを プロシージャルに選択する • ポーズの組み方は機械学習で構築 • Playable / Animation C# Jobsで動作 • 絶賛開発中
- 84. おしまい