RetargetKit: перенесення анімації між скелетами

У вас є цикл ходьби на ризі Mixamo і персонаж, зібраний на Rigify. Або бібліотека mocap-дублів і манекен Unreal. RetargetKit зіставить кістки за вас, вирівняє дві пози спокою та запече виконання так, що персонаж стоятиме на підлозі.

Що він розв'язує

Ретаргетинг у Blender означає або купівлю цілого набору для ріґінгу заради однієї потрібної функції, або ручне створення обмежень на двадцяти кістках у надії на успіх. Складність не в копіюванні обертань: два ріги майже ніколи не мають однакової пози спокою, розміру чи розташування в сцені. Скопіюйте локальне обертання, і кожна кінцівка вийде перекрученою. Рухайте кожну кістку на те, на скільки вихідна кістка повернулася від власної пози спокою, і за T-пози джерела ціль у A-позі матиме руки на стегнах.

RetargetKit спершу вирівнює руки й ноги цілі за джерелом, переносить рух у світовому просторі, розміщує таз за довжиною ніг і рівнем підлоги та зчитує кожну позу назад із Blender, щоб переконатися, що кістки дійшли. На шести кліпах motion capture і семи цільових ригах кінцівки цілі спрямовані туди ж, куди й у джерела, з точністю до 0,0 градуса.

Зіставлення, яке майже все робить саме

• Одинадцять родин ригів розпізнаються автоматично: Mixamo, Unreal Mannequin, Rigify (контролери, деформація та метаріг), Character Creator / iClone, Auto-Rig Pro (контролери та деформаційний скелет), Daz Genesis 3 і 8, VRoid / VRM і 3ds Max Biped. Кожну зіставлено через один канонічний скелет, тому будь-яку можна ретаргетити на будь-яку іншу.
• Не лише тіло, а й пальці. Кисті кожної родини є в таблицях: тридцять кісток на риг, великий палець до великого, сегмент до сегмента. Один прапорець вмикає їх, і вони переносяться за тим самим правилом, що й руки.
• Усе інше зіставляється за назвою. Запасний алгоритм прибирає префікси, суфікси й роздільники, якими рясніють усі схеми, розбиває CamelCase і не плутає ліве з правим: руки він тихо не переплутає.
• Зіставлення завжди видно й завжди можна редагувати. Кожна пара це рядок, який можна змінити, вимкнути або видалити; назви кісток вибираються з випадних списків, а не вводяться вручну, тому помилка в написанні не прослизне.

Зіставте один раз

• Пресети. Збережіть зіставлення разом із параметрами перенесення під назвою, а потім завантажте його для наступного дубля, наступного файлу, наступного імпорту того самого персонажа. Пресети зберігають назви кісток, а не посилання на об'єкти, тому вони йдуть за персонажем між файлами .blend, а теку з ними можна вказати на спільному диску, щоб уся команда працювала з тими самими зіставленнями.
• Дзеркальне зіставлення. Заповніть праву частину тіла за лівою або ліву за правою одним клацанням. Додаються лише рядки, дзеркальні назви яких існують в обох ригах, тому нічого не буде вгадано й поставлено не на ту кістку.
• Перевірка зіставлення. Перш ніж буде запечено перший кадр, зіставлення перевіряється на переплутані руки, цільову кістку, якою керують одразу дві вихідні, назви, яких немає в жодному з ригів, наполовину заповнені рядки та кінцівки, які є в обох ригах, але не переносяться. Помилка в зіставленні дає результат, що виглядає правдоподібно, поки ви його не програєте: саме тут її й ловлять.

Різні пози спокою, різні розміри, різні місця

• Пози спокою вирівнюються. T-поза на A-позу, ноги, розставлені лише в одного рига: плече, передпліччя, стегно й гомілка цілі вирівнюються за джерелом до перенесення, а кожна кисть повертається так, щоб кісточки лежали так само, як у джерела, коли пальці обох ригів зіставлено (Include Fingers, увімкнено за замовчуванням). Тулуб, голова й стопи зберігають власну орієнтацію спокою, тому стопа, пласка в спокої, лишається пласкою. На наших кліпах без цього кінцівки відхилялися на 18,6-54,6 градуса, а кисть опинялася всередині тіла на 265 кадрах із 300; із вирівнюванням відхилення 0,0 градуса й таких кадрів немає. Під час перенесення з манекена Unreal Engine 5 (A-поза) на персонажа в T-позі з назвами Mixamo, обидва імпортовано з FBX, без цього плече відхилялося на 53 градуси, а передпліччя на 60 на кожному кадрі; із вирівнюванням 0,0 на кістках і на меші зі скіном, кисть у межах 5 градусів і долоня в межах 5.
• Персонаж стоїть на підлозі. Таз розміщується за ногами: висота над підлогою та переміщення масштабуються за довжиною ніг. Скелет BVH у спокої має таз на початку координат; для такого джерела рівень підлоги зчитується з анімації, і звіт про це повідомляє. Стопи опускаються в межах 6 мм від підлоги на ригах із такими самими пропорціями, як у джерела, і в межах 28 мм на решті виміряних нами.
• Hold Planted Feet. Необов'язкова функція. Поки стопа джерела стоїть на опорі (щиколотка, передня частина стопи чи кінчик пальців біля підлоги й майже не рухається), стопа цілі повторює той самий шлях від місця приземлення, а коліно поступається. Таз і руки не зачіпаються.
• Згенеровані ріги Rigify, в обидва боки. У ролі цілі ключі ставляться на FK-контролери, чотири кінцівки перемикаються на FK, а перемикання записується ключем в екшен; звіт називає кожне перемикання та попереднє значення, а Restore Target повертає риг у попередній стан. У ролі джерела риг зчитується за кістками ORG, які слідують за тим, що ними керує, тому екшени з IK-анімацією переносяться.
• Розташування ригів у сцені не має значення. Зсунуті, повернуті навколо будь-якої осі, рівномірно масштабовані або імпортовані так, як імпортує FBX: поза у власному просторі цілі збігається з точністю до 0,3 мм.

Важливі деталі

• Кореневий рух там, де його очікує рушій: на кореневій кістці рига, а не на тазу, якщо ви її вказали; для Auto-Rig Pro, Unreal і Rigify заповнюється автоматично. Або вимкніть його зовсім і ретаргетьте лише позу.
• Пакетний режим ретаргетить усі екшени вихідного рига за один раз і зберігає кожен результат у файлі: у цьому сенс купівлі бібліотеки mocap.
• Звіт під кнопкою. Що було вирівняно, звідки взято підлогу, які кінцівки перемкнено на FK, які кістки втримало обмеження, наскільки зсуваються опорні стопи.
• Він відмовить, але не запече нісенітниці. Риг у режимі Edit Mode, у Rest Position, вимкнений у в'юпорті, в режимі NLA tweak, віддзеркалений від'ємним масштабом або пов'язана ціль без library override: він зупиниться, пояснить причину й нічого не змінить.
• Вашу анімацію збережено. Результат це новий екшен; джерело лишається в тому стані, в якому ви його залишили, а екшен, який мала ціль раніше (створений вручну чи попередній результат), залишається у файлі. Restore Target повертає ціль у стан до останнього ретаргету.
• Swap міняє місцями джерело й ціль, а разом із ними й зіставлення.

Чесно про межі

Він переносить обертання та положення тазу. Hold Planted Feet згинає коліна, щоб опорні стопи лишалися там, де в джерела; таз він не рухає, а без нього персонаж з іншими пропорціями, ніж у джерела, зсувається на опорних стопах: до 83 мм на риґу Rigify на наших кліпах, де власні стопи джерела ковзають на 5-31 мм, а довгі пальці стоп можуть зануритися під підлогу: до 41 мм у стилізованого персонажа з ногами завдовжки 0,6 від джерела. Утримання стоп коштує кута в ногах: зазвичай 3,8-11,1 градуса на риґу Rigify і 6,1-17,1 на коротких ногах, 15,1 і 19,7 на найгіршому окремому кадрі. Руки не розв'язуються через IK, тому кисті, що торкаються тіла чи одна одної в джерела, за інших пропорцій можуть схибити. На згенерованому риґу Rigify поперекова кістка слідує за тазом, бо жоден контролер обертання цього рига не повертає одне без іншого (14-61 градус від нижнього відділу хребта джерела на наших кліпах); таз, грудна клітка й кінцівки точні. Запікання не можна скасувати після початку, а обидва ріги мають бути масштабовані рівномірно.

Жодної прив'язки

Результат це звичайний запечений екшен. Він програється, експортується й редагується як будь-який інший, після створення нічого не потребує від цього аддона й працює на рендер-фермі.

Перевірено, а не припущено

Понад 400 автоматичних перевірок запускаються в чистому Blender для кожного релізу, на Blender 4.2.9 і 5.2.2. Джерело це справжній motion capture: шість кліпів CMU, імпортованих штатним BVH-імпортером Blender, а перенесення виконується кнопками панелі. Цілі різняться позою спокою, пропорціями, roll кісток, іменуванням, масштабом і розташуванням: простий гуманоїд, ріги з назвами Mixamo, імпорт у стилі FBX, метаріг Rigify, згенерований риг Rigify і стилізований персонаж. Виміри ведуться в градусах і міліметрах, і для кожного виправлення є перевірка, яка червоніє без нього.

Вимоги

Blender 4.2 LTS або новіший. Перевірено наживо на Blender 4.2.9 і 5.2.2 у macOS (Apple Silicon) і Windows. Чистий Python без платформного коду, тому очікується, що на Linux він працює, але цей реліз на ньому не запускався. Без залежностей, працює офлайн.

v1.3.0: персонаж стоїть на підлозі. За джерела BVH (скелет, що в спокої має таз на початку координат і анімується до висоти стояння) ціль висіла в повітрі: на шести кліпах motion capture CMU стопи цільових ригів були на 0,72-1,60 м вище за підлогу. Тепер таз розміщується за ногами: його висота над підлогою та переміщення масштабуються за довжиною ніг, а підлога джерела зчитується з анімації, якщо його поза спокою стоїть в іншому місці. Ті самі кліпи, ті самі ріги: стопи опускаються в межах 6 мм від підлоги на ригах із такими самими пропорціями, як у джерела, і в межах 28 мм на риґу Rigify і на стилізованому з короткими ногами. Джерело, поза спокою якого справді стоїть на підлозі, зберігає цю підлогу: кліп, що грається на платформі, лишається на платформі, а звіт повідомляє, на якій висоті. Source Floor в Options перевизначає вибір, а звіт повідомляє, яку підлогу використано й на якій висоті. Пози спокою вирівнюються. Кістка рухалася на те, на скільки вихідна кістка повернулася від власної пози спокою, тому T-поза джерела на A-позі цілі або mocap-скелет, що в спокої стоїть із розставленими ногами, вносили цю різницю в кожен кадр: 18,6-54,6 градуса між кінцівкою цілі та тією самою кінцівкою джерела й до 265 кадрів із 300 із кистю всередині тіла. Тепер плече, передпліччя, стегно й гомілка вирівнюються за джерелом до перенесення; кисть повертається так, щоб кісточки лежали так само, як у джерела, коли пальці обох ригів зіставлено (Include Fingers, увімкнено за замовчуванням), а в іншому разі слідує за передпліччям, і передпліччя докручується так, щоб ні лікоть, ні зап'ясток не перекручувалися більше, ніж потрібно; тулуб, голова, плечі й стопи зберігають власну орієнтацію спокою. Виміряно після: 0,0 градуса на кожній кінцівці й жодного кадру з кистю в тілі. З манекена Unreal Engine 5, який у спокої в A-позі, на персонажа з назвами Mixamo в T-позі, обидва імпортовано з FBX: 53 градуси на плечі й 60 на передпліччі на кожному кадрі без цього, 0,0 із ним, і на кістках, і на меші зі скіном, кисть у межах 5 градусів і долоня в межах 5. Line Up Rest Poses в Options вимикає це. Опорні стопи зсуваються менше й можуть утримуватися. Переміщення масштабувалося за висотою всього рига, а не за ногами, і опорна стопа цілі ковзала на 22-263 мм там, де в джерела на 5-31. За масштабування за довжиною ніг це 6-39 мм на ригах із такими самими пропорціями, як у джерела, 5-30 мм на стилізованому риґу з короткими ногами й 7-83 мм на риґу Rigify. Нова опція Hold Planted Feet утримує стопу, поки стопа джерела стоїть, і дає коліну поступитися: щиколотка цілі тоді йде шляхом щиколотки джерела, масштабованим як крок, з точністю до 2 мм на ходьбі, яку ми вимірюємо, а найнижча точка стопи перебуває на висоті джерела над його підлогою з точністю до 1 мм на 95% утримуваних кадрів. Коліно згинається навколо власної осі й ніколи в інший бік, а утримання вмикається й відпускається плавно, не більше ніж на 5% швидкої швидкості стоп у кліпі за кадр: на нашій ходьбі, знятій зі швидкістю 120 разів на секунду й перенесеній на персонажа з такими самими пропорціями, як у джерела, щиколотка з увімкненою опцією рухається щонайбільше на 1,9 мм за кадр швидше, ніж з вимкненою. На шести кліпах опорні стопи рига Rigify тоді зміщуються на 7-40 мм замість 7-83. Ціна сплачується кутами в ногах, і вона залежить від того, як ноги цілі співвідносяться з ногами джерела. Упродовж кліпу стегно й гомілка зазвичай опиняються в 2-17 градусах від джерела (95-й процентиль), а на найгіршому окремому кадрі в 10-20, виміряно на п'яти ригах, у яких ноги становлять від 0,6 до 1,1 довжини ніг звичайного гуманоїда, і на згенерованому риґу Rigify. За замовчуванням опцію вимкнено; коли опорні стопи зсуваються більш ніж на 3% довжини ноги, звіт повідомляє, на скільки. Згенеровані ріги Rigify працюють як цілі й як джерела. У ролі цілі нічого не доходило до мешу: кінцівки лишалися в IK, а контролер тазу не розпізнавався, тому кінцівки відхилялися на 65-146 градусів, а персонаж не переміщався. Тепер чотири кінцівки перемикаються на FK, а перемикання записується ключем в екшен, таз переноситься торсом, а контролер нижнього відділу хребта, який на цьому риґу гойдає таз, не чіпається. Кінцівки після: 0,0 градуса. Звіт називає кожне змінене перемикання та попереднє значення, а нова кнопка Restore Target повертає ціль у стан до ретаргету (її екшен, навіть якщо його відтоді перейменовано, і слот, який грала ціль, її перемикачі IK/FK і позу ключових кісток) з точністю до 0,0 мм на виміряному нами риґу. У ролі джерела згенерований риг зчитується за кістками ORG, тому екшен, анімований IK-контролерами, переноситься; раніше він зчитувався з FK-контролерів, які ніколи не рухалися, з відхиленням 42-165 градусів. Результат не залежить від того, як ріги стоять у сцені. Джерело, повернуте на 90 градусів, давало позу зі зміщенням 3,6 м. Тепер поворот між двома ригами прибирається до перенесення. Зсунуті, повернуті навколо будь-якої осі, рівномірно масштабовані, покладені на бік або імпортовані так, як імпортує FBX (кістки Y-up, об'єкт повернуто на 90 градусів і масштабовано на 0,01): поза у власному просторі цілі збігається з точністю до 0,3 мм. Риг із нерівномірним масштабом переноситься з попередженням. Пози спокою зчитуються на першому запікуваному кадрі, тому джерело, чий об'єкт сам анімований, дає той самий результат незалежно від того, на якому кадрі стоїть сцена. Екшен, який мала ціль, зберігається у файлі, All Actions зберігає кожен результат, а риг, який не можна прочитати чи поставити на нього ключі, відхиляється з поясненням словами замість запікання як є.

v1.2.2: кореневий рух можна записувати ключами на кореневу кістку рига замість тазу, це зчитує ігровий рушій і очікує риг Auto-Rig Pro: Auto-Map заповнює поле для виявленого рига, рух по землі йде на корінь, а вертикальне погойдування лишається на тазу. Виправлено помилку, через яку таз лишався незіставленим на ригах поза таблицями пресетів: персонаж приймав правильну позу, але ніколи не переміщався. Деформаційний скелет Auto-Rig Pro тепер є окремою родиною ригів.

v1.2.1: автозіставлення розуміє mocap-скелети, які називають суглоб, а не кінцівку: elbow, wrist, knee, ankle. Скелет Move AI зріс із 5 зіставлених кісток із 18 до 18 із 18.

v1.2.0: автозіставлення тепер спершу з'єднує кістки, які мають однакову назву в обох ригах, і лише потім починає вгадувати. На користувацькому скелеті (пронумеровані сегменти хребта, довгі ланцюжки рук і ніг, твіст-кістки) класифікатор назв зводив кожен ланцюжок до одного класу й залишав по одній кістці: риг із 62 кісток давав 10 пар, а решту 52 художник зіставляв уручну. Виміряно після зміни: 62 із 62, і 240 кадрів ретаргетяться за 1,7 с. Розпізнавання Mixamo, Rigify та інших відомих схем не змінилося.