引言

Unreal Engine（简称UE）作为业界领先的游戏开发和动画制作引擎，其最新版本UE5.4在动画制作领域带来了重大变革。特别是动画自动重定向和运动匹配（Motion Matching）技术的突破，极大提高了动画的适应性和自然性。本文旨在探讨UE5.4新功能在动画制作中的应用，并提出一种基于UE5.4的新工作流程，同时对比旧的工作流与新的工作量，分析讨论这一新工作流的发展前景。

1、UE5.4版本运动匹配与动画系统的更新

1.1 运动匹配的定义与基本原理

虚幻引擎中的运动匹配（Motion Matching）是创新的动画姿势选择系统，它通过查询动态角色系统如运动模型和状态变量，基于丰富的动画数据库进行智能姿势匹配。该系统无需复杂的过渡逻辑，即可实现响应式和反应式动画，显著提升角色动画的保真度和对Gameplay系统的响应性。通过增加动画数据，运动匹配能够访问更多选择，进一步优化角色表现。

1.2. 与传统动画过渡技术的对比

传统的基于状态机的动画控制方法在3D游戏动画制作中存在一些固有的缺陷。首先，状态机的状态是离散的，每个状态是独立的，对连续动画的状态切分过于直观，这导致动画之间的过渡不够平滑。

其次，随着动画状态的增加，状态机的切换总数会急剧膨胀，状态机切换的复杂度为O（N^2），其中N为状态的总数，这使得状态机的维护变得极其困难。此外，状态机通常都需要开发来编辑、调试与测试，由此需要大量的人力及时间成本。

Motion Matching（动作匹配）旨在解决传统状态机动画的缺陷，其基本原理是根据角色的当前状态自动匹配最合适的动画。它通过计算当前角色的状态特征，如运动速度、运动轨迹、骨骼姿势等，与动画库中所有动画帧的特征进行比较，找出最匹配的动画帧。这种技术可以实现平滑、自然的动画过渡，同时大大减少了动画师和开发者的工作量。

1.3. 优势和应用场景Motion Matching

运动匹配技术具有使用简单、灵活、节省工作量的优势，适用于各种需要高质量动画的应用场景，如游戏、虚拟现实（VR）和电影制作等。

2、UE5.4动画系统的更新

2.1. 动画蓝图的改进

UE5.4显著优化了动画蓝图系统：增强了状态机功能，简化了状态过渡规则的定义，并支持更复杂的逻辑条件和触发器，使状态切换更灵活可控；引入了新节点以处理复杂逻辑判断，并精细控制动画表现；改进了动画片段管理，提升了编辑器的直观性和易用性，并实现了片段重用，提高了工作效率；加强了事件系统，优化了事件触发和响应机制；同时，通过引入更多参数调整工具，使动画表现更为精细自然。这些改进赋予了动画蓝图系统更强大的功能，为动画制作带来了更多创新和可能性。

2.2. 自动重定向功能与IK重定向器的改进

UE5.4引入了自动重定向及改进的IK重定向器，以提升动画的真实性和效率。自动重定向能自动匹配动画片段至不同骨骼或角色模型，省去了手动调整的繁琐，使动画流畅自然。同时，改进的IK重定向器更智能、精确，引入了高级设置如末端效应、约束控制，功能更丰富灵活，并支持实时预览调整，极大提高了动画师的工作效率与准确性。

3、先前的项目工作动画流程

3.1数据处理和动画过渡的步骤

最初，我们运用动捕设备实时捕捉动作数据，随后通过MotionBuilder、Maya等软件对捕获的数据进行重定向和优化处理。在动画制作中，我们编写蓝图脚本，确保角色在武术动作状态间实现平滑过渡，并利用状态机或动作混合技术，实现动作间的自然衔接。

3.2存在的问题和挑战

在先前的动画流程中产出的动画片段不够流畅，经过分析发现其中存在的问题如下：

1.数据精度质量不能保证：

长时间捕捉过程中，动捕设备的定位精度可能会逐渐降低。反光点与实际骨骼位置存在偏差会增大，从而影响捕捉数据的准确性。

2.动捕数据漂移：

如果没有特殊的定位校准措施，长时间捕捉下来，数据会出现漂移现象。动作角色在场景中会逐渐偏离原始位置，影响后续的动画重定向和过渡。

3.动捕数据缺失：

动捕服装在长时间使用下会出现磨损变形，影响反光点的贴附位置，动作中出现遮挡也会导致部分反光点丢失，造成数据缺失。

4.数据捕捉环境干扰增加：

随着动捕数据捕捉时间延长，外部环境光照、声音等干扰因素会更加复杂。需要更加精细的设备调试和环境控制，才能保证捕捉数据质量。

5.动作数据的不连贯性

由于动捕数据精度质量的不稳定性，存在动作之间的过渡变得不自然，出现动作不流畅的问题，缺失的动作细节将影响到整体动画表现的细腻度。

4、新工作流的设计思路

4.1动画数据的获取（两种方法）

方案一：将功夫长动作拆分为单独的分动作，通过动捕设备进行分别录制，获取单独动作片段数据。

方案二：使用Cascadeur Tutorial软件，基于物理通过静态姿势关键帧生成动作动画片段。

4.2动画数据的处理

4.2.1Cascadeur Tutorial流程

（1）打开Cascadeur Tutorial主页（2）选择UE对应的人物骨骼模型示例，导入自定义模型（3）为人物添加关键帧（4）选中对应骨骼，设置关键帧人物姿势（5）平滑关键帧动画。选择所有关键帧，使用贝塞尔曲线处理动画过渡（7）开启自动物理Auto Physics。获得基于物理现实的动画效果，可实时查看效果（8）导出动画。选择FBX格式，注意选择“Without Meshes”。

4.2.2设置多骨骼部位动画

方法一：使用Secondary Motion，关键帧中添加其他骨骼运动。

（1）双击选中对应骨骼，选中所有关键帧；（2）物理设置面板中开启“二次动作”选项Secondary Motion；（3）设置选项卡中Secondary Motion属性，以获得更真实的动作动画效果；（4）设置二次动作的混合权重、运动阻尼等；动画满意后，点击Snap To Auto Physics，将二次动画内容烘焙到主动画中。

方法二：Animations列表中创建多个动画状态，分别对应特定的骨骼部位动画。在每个状态中分别添加关键帧动画。

对于Cascadeur Tutorial的动画状态混合部分，由于该工作流是基于虚幻引擎5.4姿势搜索规格化集功能，所以在Cascadeur Tutorial中输出多个骨骼部位的动画状态片段即可。

4.3动作动画数据的预处理

①若使用动捕方案，则将动捕数据导入MotionBuilder/Maya中进行平滑处理、修正抖动，之后以FBX格式导出到虚幻引擎中。（这里省略动画重定向部分内容）

②若使用Cascadeur Tutoria软件方案，则无需进行额外的动画数据预处理。

5、通过运动匹配系统集成动画

5.1运动匹配组件的创建与配置

5.1.1运动匹配组件创建

1.创建运动轨迹组件（Motion Trajectory Component）

（1）在角色蓝图中的组件面板添加角色轨迹（Character Trajectory）

（2）在角色蓝图节点设置创建参考变量，用于驱动运动匹配节点

2.运动轨迹设置

设置运动轨迹组件属性，每秒样本参考数数量设置等（默认值一般适用，按需根据官方文档说明进行设置）

3.创建姿势搜索模式资产

用法&描述：

①姿势搜索模式资产预配置了两个通道，即轨迹通道和姿势搜索通道

②存储运动匹配配置以及查询设置。将动画数据库和查询系统关联到运动匹配节点，并定义了将被用于查询/做出动画选择的数据来源。

步骤：（1）创建姿势搜索模式（Pose Search Schema）（2）选择需要建立运动匹配系统的角色骨架（3）设置姿势搜索模式资产的通道，轨迹通道（位移匹配）（4）在运动轨迹组件（Motion Trajectory Component）上设置取样点，以便进行姿势选择，可自定义添加样本数据。（5）姿势搜索通道Pose Channel（动作匹配），为运动匹配系统设置骨骼参考点（reference），以将姿势与查询系统进行匹配。

虚幻引擎默认配置了适用于人体的双足骨骼，方便直接使用。姿势通道能选定任意骨骼为参考，以适应不同的运动匹配动画需求。在移动运动匹配中，应选取对跟踪动作数据有价值的骨骼，如双脚骨骼。本项目关注手部与腿部动画，因此在姿势搜索通道中，需添加手部骨骼为参考。骨骼参考点的增加应根据动画精度需求进行，但需注意性能消耗。轨迹与姿势搜索通道的取样数据可加标记Flags，以明确运动匹配时的搜索目标。

5.2创建和管理动画数据库

5.2.1创建姿势搜索库资产——储存角色动画数据

①创建姿势搜索数据库（Pose Search Database）

添加>动画（Animation）> 运动匹配（Motion Matching） > 姿势搜索数据库（Pose Search Database）

②将动画资产添加到姿势搜索数据库中（直接拖放即可）

（1）动画数据供运动匹配节点选择（2）注意动画资产需包含根运动，且动画序列启用根运动属性（3）动画资产类型支持：动画序列/动画合成/混合空间/动画蒙太奇资产（4）将动画资产导入数据库后，一个姿势搜索数据库初步创建完成；之后需要对其他关键信息进行设置（关键姿势和过渡姿势，以及相应的时间信息等）

5.2.2使用姿势搜索规格化集Pose Search Normalization Set

①在一个规格化集中设置多个姿势搜索数据库资产，划分动画集.

②通过动画集划分，提高运动匹配的准确性在满足特定条件时运动匹配系统更容易选择某个动画集中的动画。

步骤：（1）创建姿势搜索规格化集：首先需要创建一个姿势搜索规格化集（Pose Search Normalization Set）。（2）标准化处理：当前的角色姿势进行标准化处理，定义角色的各个部位的骨骼信息，以及对应的标准化姿势；主要包括缩放（模型尺寸）、平移（坐标系中位置）、旋转（角色模型朝向）、骨骼定位和关节角度等。（3）创建姿势搜索数据库：对于每种需要匹配的运动类型（如走路、跑步、跳跃等），创建一个姿势搜索数据库（Pose Search Database）。每个数据库都包含了该运动类型的关键姿势和过渡姿势，以及相应的时间信息。关键姿势是该运动类型中具有代表性的姿势，而过渡姿势则是连接关键姿势的中间姿势。（4）关联姿势搜索数据库（5）在姿势搜索规格化集中，将每个运动类型的姿势搜索数据库关联起来。（6）选择运动类型，在详情面板中通过数据库标识符或者直接通过界面选取数据库进行关联，即可根据角色当前的姿势和运动类型匹配对应的数据库进行调用。

5.3运动匹配的启用

以下为单个数据库运动匹配调用的步骤：

（1）角色动画蓝图中创建“运动匹配节点MotionMatching”（2）节点下拉菜单中，选择运动匹配对应使用的动画数据库资产。

（3）细节面板设置。轨迹属性 > 角色轨迹（Character Trajectory） > 轨迹（Trajectory），即绑定轨迹变量用以修改属性，轨迹变量为上文动画蓝图中创建的变量。

（4）展开设置属性，设置混合权重（5）将运动匹配节点输出（MotionMatching）与输出姿势节点（OutoutPose）相连，必要蓝图节点连接如

经过上述步骤设置，此时角色可以初步通过运动匹配在运动时选择运动动画姿势。

5.4动画过渡的实现与优化

（依照需求对应官方文档的属性进行调整更改）

1.使用运动匹配调试器Rewind进行调试

2.设置运动匹配节点属性，属性设置（权重、混合时间设置等）

3.调整姿势搜索模式各通道权重，设置每个通道对运动匹配的影响程度，影响从数据库中对动画帧的选择

6、新工作流程的发展前景与可行性

6.1整体可行性分析

基于UE5.4的新工作流通过自动化和智能化处理，减少了动画师的手工操作，使得他们可以更加专注于创意和设计工作。这不仅提高了工作效率，还改善了动画质量，特别是在大型项目和高要求场景中，这些技术的优势更加明显​ 。

此外，UE5.4提供了强大的跨平台支持和丰富的社区资源，进一步提高了新工作流程的可行性。开发者可以利用这些资源，快速上手并应用新技术，提高项目的整体质量和进度。随着越来越多的动画制作团队和项目采用UE5.4，这些新技术将逐渐成为行业标准，推动动画制作的技术革新和产业升级

6.2 新工作流的应用前景和未来发展方向

UE5.4中的运动匹配技术，通过实时选择最适合的动画姿势，使得角色动作更加流畅和逼真。这一技术通过姿势搜索数据库，能够动态选择和应用最适合当前运动状态的动画姿势，从而实现自然的过渡和反应，在诸多方面有着巨大的应用潜力。

例如，在游戏中，角色需要根据玩家的操作实时做出反应，运动匹配技术可以确保基于玩家操作所反馈的不同角色动作之间的流畅性和自然性，增强玩家的体验感与沉浸感。而在电影制作中，这些技术则可以用于实现复杂动作场景，提升影片的视觉效果和观赏体验​。

未来，随着技术的不断发展和优化，新的工作流程有望进一步提升其实现效果和应用范围。例如，通过与AI和机器学习技术的结合，可以实现更加智能和自动化的动画制作流程，进一步减少人工操作，提高动画质量和制作效率。

通过以上讨论，可以看出UE5.4的自动动画重定向和运动匹配技术在动画制作中的巨大潜力和应用前景。随着技术的不断优化和推广，可预见的是，这些新技术将逐步与传统的动画工作流程分庭抗衡，成为动画制作的新标准，推动整个行业的技术革新和发展。

作者简介：

钟嘉怡（2002-5-30），女，汉族，重庆人，本科在读，研究方向： 数字媒体技术

许创锐（2003-11-18），男，汉族，广东揭阳人，本科在读，研究方向： 数字媒体技术

何钰华（2003-1-26），女，汉族，广东江门人，本科在读，研究方向： 数字媒体技术

罗国星（2002-12-28），男，汉族，广东梅州人，本科在读，研究方向： 数字媒体技术

大创项目：本文系2023年佛山大学校级课题创业实践项目《佛山功夫非遗文化保护与传承数字博物馆》

学术基金：本文系2023年佛山大学学术基金项目《佛山功夫非遗保护和传承》（xsjj202307kjb04）