Three.js 骨骼动画（Skeletal Animation）教学：让 3D 模型跳出炫酷舞蹈

LeonGao
527 阅读5分钟

想象一下，你手中有一堆毫无生气的 3D 模型零件，就像拆散的乐高积木。而 Three.js 的骨骼动画（Skeletal Animation），就像是赋予这些零件 “生命魔法” 的咒语，能让它们像电影里的机器人一样，做出各种酷炫的动作。今天，咱们就来揭开这 “生命魔法” 的神秘面纱，看看如何用 Three.js 让 3D 模型跳出迷人的舞蹈！

一、骨骼动画的基本概念：给模型装上 “骨架”

在现实世界中，我们的身体能做出各种复杂动作，靠的是骨骼和肌肉的协作。在 Three.js 的 3D 世界里，骨骼动画也是类似的原理。我们要先给 3D 模型搭建一个 “骨架”，这个骨架由一系列的骨骼（Bone）组成，每根骨骼都像是一位 “指挥官”，负责带动它所管辖的模型部分运动。

比如，我们要制作一个会走路的人形模型，就需要搭建头部、躯干、手臂、腿部等骨骼。这些骨骼之间存在层级关系，就像家族里的长辈和晚辈，长辈一动，晚辈也会跟着动。头部的骨骼 “听从” 躯干骨骼的指挥，手臂的骨骼 “听令” 于肩部骨骼。通过这种层级关系，我们就能让整个模型协调地动起来。

二、Three.js 中的骨骼动画实现步骤

1. 准备 3D 模型和动画数据

首先，你需要一个带有骨骼信息的 3D 模型。这就好比准备食材，没有合适的食材，再厉害的厨师也做不出美味佳肴。你可以使用专业的 3D 建模软件，如 Blender、Maya 等，创建或导出带有骨骼和动画数据的模型文件，常见的格式有.glb、.gltf。

想象一下，这些模型文件就像是装满魔法药水配方的神秘卷轴，里面记录着模型的形状、骨骼结构以及预设的动画动作。

2. 引入 Three.js 库

在你的 HTML 文件中，通过 

<script src="https://cdnjs.cloudflare.com/ajax/libs/three.js/r128/three.min.js"></script>

3. 创建场景、相机和渲染器

// 创建场景，这是我们的魔法舞台
const scene = new THREE.Scene();
// 创建相机，就像摄影师的眼睛，决定我们能看到什么
const camera = new THREE.PerspectiveCamera(75, window.innerWidth / window.innerHeight, 0.1, 1000);
camera.position.z = 5;
// 创建渲染器，它会把我们的魔法效果呈现在屏幕上
const renderer = new THREE.WebGLRenderer();
renderer.setSize(window.innerWidth, window.innerHeight);
document.body.appendChild(renderer.domElement);

4. 加载模型和动画

使用GLTFLoader来加载我们准备好的 3D 模型文件。这就像是把神秘卷轴里的魔法药水配方转化成实际的药水。

const loader = new THREE.GLTFLoader();
loader.load(
    'yourModel.glb',
    function (gltf) {
        scene.add(gltf.scene);
        // 获取动画混合器，它是控制动画播放的“魔法控制器”
        const mixer = new THREE.AnimationMixer(gltf.scene);
        // 遍历动画 clips，clips 就像是不同的舞蹈片段
        gltf.animations.forEach(function (clip) {
            mixer.clipAction(clip).play();
        });
    },
    function (xhr) {
        console.log((xhr.loaded / xhr.total * 100) + '% loaded');
    },
    function (error) {
        console.log('An error happened');
    }
);

在这段代码中，我们加载模型后，创建了一个AnimationMixer，它就像一个专业的舞蹈教练，能够精准地控制每个动画片段（clip）的播放、暂停、加速、减速等。

5. 动画循环渲染

最后，我们需要在每一帧都更新动画混合器的状态，并渲染场景，这样动画才能流畅地播放。这就好比让舞蹈教练不断地指导舞者，同时让摄影师持续拍摄，把精彩的舞蹈画面呈现出来。

function animate() {
    requestAnimationFrame(animate);
    // 更新动画混合器
    const mixer = getMixerSomehow(); // 假设通过某种方式获取到 mixer
    mixer.update(0.016);
    renderer.render(scene, camera);
}
animate();

三、深入理解：骨骼动画背后的 “数学魔法”

虽然我们说不用公式表达式，但也得简单聊聊骨骼动画背后的原理。当我们让骨骼运动时，其实是在改变骨骼的位置、旋转和缩放等属性。这些变化会通过层级关系传递给模型的各个部分。

这就像在玩牵线木偶，我们拉动某一根线（改变骨骼属性），木偶的相应部位就会做出动作。而计算机在计算这些动作时，会进行大量的矩阵运算，来确定每个模型顶点在新的骨骼状态下应该处于什么位置。

想象一下，计算机就像一个超级忙碌的小会计，不停地在草稿纸上计算每个顶点的新坐标，确保模型的动作看起来自然流畅。

四、常见问题与解决技巧

  1. 动画播放不流畅：可能是因为动画更新频率和渲染频率不匹配。可以检查AnimationMixer的更新时间间隔是否合理，或者优化模型和场景的复杂度，减轻计算机的计算负担。
  1. 模型动作异常：比如手臂扭曲、身体变形等。这可能是模型的骨骼绑定有问题，或者动画数据在导出和加载过程中出现了错误。可以回到 3D 建模软件中检查骨骼绑定，或者重新导出模型文件。

通过以上步骤和知识，你已经掌握了 Three.js 骨骼动画的基本技能。现在，快去发挥你的创意，让你的 3D 模型在 Three.js 的世界里尽情舞蹈吧！无论是制作一场奇幻的魔法表演，还是打造一场热血的机器人战斗，都不在话下！

以上详细介绍了 Three.js 骨骼动画的制作方法。若你在实践中有遇到特定问题，或想了解更进阶的技巧，欢迎和我说说。

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