TsukinoEngine SpringBoneについて

Demo Stage Summer で登壇した際の登壇資料です。

自作エンジンのTsukinoEngineと、SpringBpne機能について詳しく触れています。

1. TsukinoEngine SpringBoneについて OCA大阪デザイン&テクノロジー専門学校 スーパーゲームIT科 山﨑愛
2. 1.TsukinoEngineについて/作成モチベーション あらゆる要求を叶えるエンジニアになりたかった 開発ゲームの一例 ・今までは、既存のフレームワークやエンジンを使用して開発をしていた (右画像) ・C++のフレームワークやライブラリ (右上画像は DxLib)ではシェーダーやレンダリングなどの制 約がボトルネックに ・Unityでは機能のブラックボックス化が顕著で、なぜできるかわかってないのになぜか実装が できる状況に ・将来は技術研究側に携わりたいのに、アプリケーション側だけの開発を行って内部の仕組み を理解しないのは良くないと思った ・シェーダーが美しくて興味があったのので、レンダリングパイプラインを自分で改造できるよう になりたかった ・まずは自分が欲しい機能の要求に応えられないと、誰かの ”欲しい”にも応えられない。 ・内部構造を理解した状態で、フルスクラッチでゲームを作れることが作成モチベーションだっ た
3. 1.TsukinoEngineについて/TsukinoEngineの機能 リソース管理 レンダリング オブジェクト管理 物理演算 インポート機能 描画パイプライン エンティティ管理 当たり判定 キャッシュ機能 PBRシェーダー ECSレジストリ SpringBone アセットシステム トーンマッピング ECSシーン Rigidbody 組み込みアセット シャドウマップ EventBus collisionデバッグ
4. 2.SpringBoneについて/SpringBoneとは SpringBoneは、揺れものを動かす軽量物理シミュレーション 目的 ・キャラクターの動きに合わせて自然な揺れを表現する ・アプリ作成者が数値を触って揺れ具合を調整する 特徴 ・比較的軽量な演算により、リアルタイム向けのシミュレーションになる ・少ないパラメータで直感的に調整可能 利用例 ・キャラクターの髪の毛の揺れ ・マントや布の揺れ表現 ・キャラクターのアクセサリや体の一部の揺れを表現
5. 2.SpringBoneについて/実装動機 キャラクターの魅力を引き出す機能 ・装飾品や耳などの揺れにこだわりを感じた。 ・体の一部が揺れるだけで生命感が一気に増す。 ・目が肥えてるので、アニメーションだけだと少し硬い 印象がある アニメーションのみのモデル描画
6. 2.SpringBoneについて/障壁 スキニングとの兼ね合い ・アニメーション処理に、追加で頂点に対して演算が必要 ・レンダリングにも関わる部分のため、実装が絡まりやすい ・行列のかけ順が複雑になりがち ・物理実装自体も個人開発ではなかなかハード モデルデータが必要 ・アニメーション可能なノード構成(無料範囲ならmixamorigが現実的)かつ、追加で揺れもの用ボーンが必要 ・モデルには利用規約があるので、使用していいものかつ、いい感じのアセットがないと、デバッグすらできない 等々…
7. 3.SpringBoneの実装/機能の全体像 アプリケーション側との懸け橋 SpringBoneComponent スキニング後に SpringBoneComponentを参照 AnimationSystem 物理演算を移譲 SpringBonePhysics
8. 3.SpringBoneの実装/SpringBoneComponent SpringBoneComponentは、主にSpringBoneChain(どのボーンチェーンをどのくらい揺らすかの設定)の配列で構成 SpringBoneChainの主なメンバ SpringBoneノードの配列 nodes アンカーの移動を子に伝える率 元の姿勢に戻ろうとする強さ stiffness 重力倍率 gravityScale 揺れの減衰率 前フレームのアンカー位置 drag previousAnchorPosition inertia
9. 3.SpringBoneの実装/スキニング 元のアニメーションに加え、チェーンを追加で演算 アニメーションデータのみのスキニング演算 アニメーションに加え、SpringBoneChainを 追加で演算
10. 4.SpringBoneの物理/慣性 上のボーンが揺れものボーン inertiaKeep = 1.0 - clamp(inertia, 0.0, 1.0) inertiaKeep は慣性での残り具合の係数 前フレーム(説明のために直立) アニメーションスキニングのみ 慣性があるから本来はこうなるはず
11. 4.SpringBoneの物理/Verlet積分 Verlet積分は、減衰・移動・重力を実際に適用する演算 減衰後の維持率を計算 dragKeep = 1.0f - std::clamp(drag, 0.0f, 1.0f) 速度の算出(減衰考慮) velocity = (currentPosition - prevPos) * dragKeep 速度と重力を考慮し、ノード(ボーン)の位置を再計算 newPos = currentPosition + velocity + gravityStep
12. 5.3Dモデルアセットの作成/ボーン追加 mixamoのヒューマノイドボーンには、揺れものがないので手動で追加する必要がある mixamoのオートリギング済みのモデル 手動でボーンを追加 反対側にもコピー
13. 5.3Dモデルアセットの作成/頂点に重み付け ボーンが各頂点にどのくらい影響を与えるか(Weight)の設定が必要 Weightを設定していく(WeightPaint) 重みを正規化(すべての頂点グループで1.0に収める)
14. ご清聴ありがとうございました