Unity Playable动画系统取代蜘蛛网Animator

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Playable API

简单的说，Playable可以通过一组API来创建一个Graph，而每个Graph可以由多个树形结构组成，每个树状结构都由一个Output节点作为根节点，叶子结点则由各种Playable组成。

它提供了一种创建工具，动画系统或其它游戏机制的方式。Playable Graph允许我们混合和修改多个数据源，并通过单个输出来播放它们。

目前Playable API 支持播放动画、音效以及自定义的行为。我们把它设计为了一种通用的接口，它并不是仅仅针对动画的。以后还会支持视频等其它系统。

为什么要开发这么一套API

在我们技术支持团队平时接触客户时发现，由于历史原因或者是出于习惯，依然有很多开发者在使用Legacy动画系统Animation组件。Legacy动画系统对于程序来说是比较直观的，但这就意味着没办法使用Mecanim动画系统的一些高级功能，例如：动画重定向、Blend Tree等。

首先，设计Playable API的一个目的就是为了代替Legacy动画系统。

开发人员可以用他们喜欢的方式来直接控制动画系统，而不是必须使用Mecanim系统的动画状态机来驱动动画系统。在Unity底层，驱动Playable Graph的实际上依然是Animator组件，所以在使用时需要你传一个Animator组件给Playable Graph。但是你完全可以像使用Animation组件一样使用Playable。

其次，我们还可以定制适配于自己项目的动画系统，而不用必须使用动画状态机来构建我们的动画逻辑。

这是一个非常有用，也非常有挑战性的工作。例如：有些有技术积累的公司，他们已经开发过自己的动画控制系统，这里不是指底层的动画驱动系统，而是更高层的动画控制系统，这套系统可能是架构在其它引擎上或是自研引擎上的。如果它们想要沿用这套系统的话，就可以用Playable来更方便的重构他们的控制系统，来适配到Unity上。更重要的是，我们可以定制更加适配于具体项目的动画系统。

再者，Playable API可以更直接的访问底层动画系统的接口。

最后，我们可以通过Playable来扩展Timeline的功能。

使用Playable有什么好处

首先Playable结构简单。它不会有庞大的、蜘蛛网一般的状态机。如果只是单纯播放动画的话，可能几句话就够了，使用起来就像Legacy Animation组件一样。如果是大型的RPG或FPS游戏，我们也没必要把大量的动画都添加到Graph中，我们可以预先创建好需要的子树，然后根据需要在添加到Graph中。

动画状态机是不允许运行时添加、删除动画的，它只能使用OverrideController来替换动画。这其实在开发中时是不太方便的。因为当动画数量非常多的时候，我们又没办法在运行时添加、删除State，这往往造成会生成一个巨大的状态机来满足所有可能的状态，而这个巨大的状态机维护起来是十分麻烦的。

在Animator状态机中，是通过定义变量来间接控制权重的。而在Playable中，你可以直接控制动画的权重和时间。例如：我们可以让二个动画按0.2和0.8的权重混合。Playable的这种方式是更加灵活的，但是相对的它对于普通开发者实际上是没有Animator parameter方便的。

我们不仅能在二个Animation clip之间混合，我们也可以在Clip和AnimatorController之间混合，甚至无数个AnimatorController之间混合都是可以的。这就给我们带来了更多的便利：在动画状态机加这个系统中，二个State machine之间是不能过度的，但是如果使用了Playable，那就是可行的。所以我们完全可以混用Animator状态机和Playable。一些角色的固定动画状态的转变我们可以继续用动画状态机，而那些需要动态改变的功能我们就用 Playable。

基本架构

Playable API大体上有二部分组成：各种Playable和PlayableOutput。

Playable是我们这套API的基本组成元素。为了避免Gc alloc，所有的Playable是用Struct实现的。PlayableOutput是每个Graph必须的组成元素。而且PlayableOutput必须连接到至少一个Playable上，否则它是没有任何作用的。

注意：上图中所列的Playable结构是不全的，因为后续版本还会不断有新的Playable被添加进来。

Playable Graph

让我们先从图形入手，对Playable Graph有一个直观的认识。下图是一个很简单的Playable Graph。

我们可以看到这里有二个节点：一个Animation clip节点和一个Output节点。这里实现的功能很简单，就是播放一个动画。这是一个Playable节点形成的一个非常简单的树形结构，基本上，每一个PlayableOutput都会形成一颗树形结构。

让我们来看一个稍微复杂点的例子。

一个树形结构一般由一个输出节点，若干个输入节点以及若干个功能节点组成。在上图中，有一个输出节点Animation Output，二个输入节点Animation clip以及二个功能节点。这个Graph实现的是二个动画作为2个Layer来融合，可以看作和动画状态机中的Layer是一样的功能。

如果单看动画这一部分的话，Playable graph本质上就是一颗动画混合树。注意：这里指的这个混合树并不是Blend Tree，而是一个更广泛的概念。它的内部节点是运算符，主要起到混合的作用，而叶节点是输入。

现在，我们来看一个更复杂一点的例子。

这是由三颗树形结构组成的一个Playable Graph。它由Animation output、Audio output以及Script output 三个输出节点。可见一个Playable Graph不仅仅可以包含动画，它是一个更广泛的概念，你可以在播放动画的时候同时播放音效以及自定义的逻辑。

Playable用途

通过以上的介绍，大家应该能对Playable Graph有一个直观的、简单的认识。那么Playable又能实现哪些功能呢？接下来我们就深入了解一下。

首先，我们可以用Playable API代替Animation组件。这使得我们在满足Legacy动画系统的机制的同时，我们还可以获得其它好处，例如：Blend Tree、动画重定向等。

这里给出一个官方的示例，主要用Playable API来模拟了一套动画状态机，以类似Animator动画状态机的机制来使用Playable，大家可以参考一下。

官方的示例下载：

https://github.com/Unity-Technologies/SimpleAnimation

再就是按照项目的需求来定制了。你可能并不喜欢用动画状态机来管理动画，也有可能你想要实现一个自动评估transition的系统，使系统可以评估当前状态，自动过渡到最理想的动画等等。Playable API是提供给了大家按需定制的功能。

运行时创建

我们的Playable Graph都需要在运行时创建，目前它还没有一个默认的Asset来供使用。不过开发者完全可以自己来创建自己的Asset来序列化自己想要的Graph结构，然后运行时通过Asset来反序列为Graph。

下面是创建一个简单的Graph的代码。

从上图可以看到，Playable结构都是以工厂方法Create来创建的。通过这段代码创建的Graph就是下图这样的，十分简单。

运行时添加

在运行时，可以创建你想要的Playable并且连接到对应的输出节点或者另一个Playable上。

在用工厂方法创建好AnimationClipPlayable结构后，需要通过Graph.Connect方法来连接到Graph中。

下图就是这段代码添加二个Playable后的Graph的样子。

运行时移除和销毁

类似的，我们也可以在运行时动态修改Graph的结构，以及销毁指定的Playable。

直接访问与控制Playable

我们可以直接控制每一个Playable的属性，例如播放速度。我们甚至可以暂停一个动画把它当作一个Pose来使用。

其次我们可以控制每一个Playable的混合权重，通过控制权重，我们就可以实现类似Blend Tree、Transition等功能。

我们还可以控制更新频率，这在我们做动画的性能优化时比较常用，例如：那些距离Camera过远的角色我们就可以把动画的更新频率降低。

要方便的控制每一个Playable还需要我们做一些额外的工作。这是因为：想象一颗非常深的树形结构，你想访问或控制非常深的一个叶节点实际上是不太方便的。当然你可以保存起它的引用，不过那通常不太灵活，像是写死在代码中一样，一个二个还好，但是你不可能把所有的都存下来。所以这就需要我们做一些额外的工作来管理和访问Playable。例如：提供一个查询叶子节点的接口或者实现一个类似Animator parameter系统来和Playable的属性进行映射。

Transitions

Playable API 中没有专用的Transition功能，它没有类似动画状态机中二个state之间拉一个线段来定义Transition。这是因为Transition本质是二个动画的Blend，所以Playable API没有提供专用的Transition功能，而是提供给应用层基本的Blend功能，应用层根据自己的需求来实现Transition。

这样就给了我们更多的可能性。除了经常使用的平滑过渡以外，我们还可以实现其它类型的过渡，例如：冻结过渡，也就是由动画A过渡到动画B时，A就不在更新了。而动画B在更新的同时Weight由0变为1。这种过渡方式比较适合那些前后二个动画差异较大的情况。另外我们为了更圆滑的过渡，我们还可以控制过渡时的曲线，例如：使用Hermit曲线。

这给我们带来了更佳灵活、自由的控制方式。现在的动画状态机使用起来虽然方便，仅在二个State之间拉一条线就可以了.但是我们想要精确的控制Transition却比较困难。例如：有这么个需求，服务器和客户端动画的同步问题。如果用Animator来做的话，是很难做到完美的。因为Transition你在外部是不能直接控制的。而如果用Playable的话，我们只需要同步二个动画的ID，以及它们的权重和Transition的持续时间就可以了。

Animation Layer

Playable API同样可以实现骨骼分部混合和加法混合，类似于Animator中的Layer功能。这在我们混合全局姿势和局部姿势时会非常有用。比如RPG中上下半身的动画，像是边跑边攻击之类，或者是FPS中角色边跑边换枪以及瞄准姿势等。我们也可以运行时动态的增加、删除Layer，如下图所示。

通过设置AnimationLayerMixerPlayable的input weight来控制混合。一个基本的Animation layer混合如下图所示。

Blend Tree

我们也可以用Playable实现Blend Tree来混合动画。

这段代码相当于实现了一个最简单的1D Blend Tree。

通过AnimationMixerPlayable来进行混合，并且通过Input weight来控制混合过程。为了保证动画的准确性，AnimationMixerPlayable的混合权重在内部会保证和为1。

虽然Playable可以定制Blend Tree的混合方式，但是个人觉得对于一般的开发者来说目前过于繁琐了。比如2D Blend Tree中的三元混合，你需要以三角形质心坐标系来计算三个输入的权重。因此对于Blend Tree，大家不如直接使用动画状态机中的Blend Tree，那样更为方便。

与Animator Controller混合使用

首先，Playable可以和Controller叠加分层动画。在动画状态机中Layer是Static的。所以利用Playable和Animator controller混合就可以起到动态添加你想要的Layer的作用。

其次，Playable可以和Controller进行混合，你可以让它们按一定的权重进行Blend。

再者，Playable可以和Controller互相CrossFade。例如：我们有一把武器，想要让武器来告诉角色该怎么使用这把武器。所以我们创建一个Animator controller放在武器上，当角色拿起武器后，就可以CrossFade到武器的动画状态机上。这可以让大大降低我们的动画系统的复杂度，因为动画的CrossFade不在局限于一个状态机里了。

最后，二个Controller可以进行混合。例如：你可以从一个状态机Crossfade到另一个状态机上。

控制多个输出

一个Playable Graph中不是只能有一个Output。除了动画的Output,我们还能添加其它种类的Output，例如：Audio output或者Script output. 这给了我们同时播放不同种类的Playable的能力，我们可以在动画的某一时间点播放一个音效。

上面段代码会生成下图的Graph。

PlayableBehaviour

PlayableBehaviour是一个供用户自定义行为的类。我们可以对Playable进行直接的访问和控制。同时它也定义了一些回调函数来捕捉一些事件。例如：开始播放时的事件、销毁事件，我们想监控这些事件时就离不开PlayableBehaviour这个类。

更重要的是，它提供了一些在每一帧的动画计算流程上的回调。例如：PrepareFrame函数会在Prepare frame这个阶段回调。我们就可以在每一帧对Playable中的元素进行访问和设置，例如：Time和Weight。可以说这是在做自定义Blend中不可缺失的功能。

举个例子：你想把子弹时间和人物射击动画的时间联系起来，你可以在PrepareFrame或ProcessFrame中获取射击动画的Normilized time，来修改游戏的Time.scale。

PlayableGraph Visualizer

PlayableGraph Visualizer是一个查看Playable graph结构的工具，这个工具目前来看还有些简单，它只能查看Graph的结构，没有编辑功能。但是对于Debug或者了解Playable graph的运行过程还是有帮助的。

PlayableGraph Visualizer下载地址：

https://github.com/UnityTech/graph-visualizer

未来展望

在Playable未来的开发中，我们会逐渐加入更多功能，例如: Procedural Animation与C# Job System相结合、Custom mixer、Motion stream等等。Procedural animation: IK, full body IK或者是FPS中举枪瞄准的动画。

结合C# Job System，可以让你的Playable运行在一个高效的、线程安全的子线程中，而

Custom mixer，可以定制你自己的mixe，Motion stream，一个特殊的Node可以直接播放一个Pose。