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Timeline扩展功能实践指南

2018-09-11 12:12 Unity

Timeline功能随Unity 2017.1发布后,收到了大量相关反馈,我们发现很多开发者不仅仅希望只把Timeline用作简单的序列工具。我们分享过文章《为Timeline创造性地设计脚本》,介绍如何利用Timeline的非常规用途。


本文将介绍使用Timeline来推动对话、支持分支功能以及连接游戏的AI系统。


关于Timeline

什么是Timeline?Timeline是一个线性编辑工具,用于序列化不同元素,包括动画剪辑、音乐、音效、摄像机画面、粒子特效以及其它Timeline。它大体上和Premiere®、After Effects®或Final Cut®类似,不同之处在于它为实时播放而设计。

 

Timeline一开始就以可扩展性为主要目标而设计,开发团队在设计该功能时考虑到,除了内置剪辑和轨道外,用户还会创建自制剪辑和轨道,所以用户提出了很多有关在Timeline使用脚本的问题。


Playable API

Playables API是一组强大的API,它能让你读取和混合多个数据源。例如:动画、音频等,并通过输出内容进行播放。该系统提供精准的程序控制,它的性能开销较低,并且针对性能进行了优化。

 

Timeline是基于Playables API实现的。当开始播放Timeline时,会构建一个由Playables节点组成的视图。它们会以PlayableGraph树形结构进行组织。

 

如果想要在场景中可视化PlayableGraph,例如:Animator和Timeline,你可以下载PlayableGraph Visualizer工具,本文将使用该工具可视化自定义剪辑的视图。更多关于Playable API和Animator相关视图的信息,请阅读:《 Timeline功能亮点Playable API》。


演示项目

下文将展示四个简单示例,介绍如何使用Timeline的扩展功能。首先会介绍在Timeline添加脚本的最简单方法。然后再逐步增加更多概念,充分使用Timeline的更多功能。

 

本文所有示例内容,请访问点击[阅读原文]访问Unity官方论坛进行下载


请注意,项目中将使用前缀来区分每个示例中的各个类,例如:“Simple_”、“Track_”和“Mixer_”等。在后文代码中,为提高可读性则省略了这些前缀。


示例1:自定义剪辑

第一个示例非常简单,目标是修改Light组件上的颜色和亮度属性,该组件带有自定义剪辑。

 

创建自定义剪辑需要二个脚本:

  • 一个用于存放数据:从PlayableAsset继承

  • 另一个用于处理逻辑:从PlayableBehaviour继承

 

Playable API的核心原则是分离逻辑和数据。所以首先需要创建PlayableBehaviour,使用该API编写行为,代码如下:


public class LightControlBehaviour : PlayableBehaviour

{

   public Light light = null;

   public Color color = Color.white;

   public float intensity = 1f;

  

    public override void ProcessFrame(Playable playable, FrameData info, object playerData)

   {

       if (light != null)

       {

           light.color = color;

           light.intensity = intensity;

       }

   }

}


该代码实现了什么功能呢?首先它确定需要修改Light组件的哪些属性。而且PlayableBehaviour 拥有名为ProcessFrame 的方法可供重写。

 

每次更新时都会调用ProcessFrame。在该方法中,你可以设置Light组件的属性,然后为自定义剪辑创建PlayableAsset,代码如下:


public class LightControlAsset : PlayableAsset

{

   public ExposedReference<Light> light;

   public Color color = Color.white;

   public float intensity = 1.0f;

 

   public override Playable CreatePlayable (PlayableGraph graph, GameObject owner)

   {

       var playable = ScriptPlayable<LightControlBehaviour>.Create(graph);

      

       var lightControlBehaviour = playable.GetBehaviour();

       lightControlBehaviour.light = light.Resolve(graph.GetResolver());

       lightControlBehaviour.color = color;

       lightControlBehaviour.intensity = intensity;

 

       return playable;  

   }

}


PlayableAsset有二个目的。首先它包含剪辑数据,因为它会在Timeline资源中序列化。其次它会构建PlayableBehaviour ,最后呈现为Playable视图。


第一行代码如下:

var playable = ScriptPlayable<LightControlBehaviour>.Create(graph);


该代码会新建Playable,为它附加自定义行为LightControlBehaviour,然后可以在PlayableBehaviour设置光的属性。

 

那么代码中ExposedReference的作用是什么?由于PlayableAsset 是个资源,它不能直接引用场景中的对象。此时ExposedReference 会充当一个约定,表示在调用CreatePlayable时会解析一个对象。

 

现在可以在时间轴中添加Playable Track,并右键点击该新轨道添加自定义剪辑。将Light组件指定给该剪辑并查看结果。

 


在这种情况下,内置Playable Track是个通用轨道,它能接收简单的Playable剪辑,例如:刚创建的剪辑。对于较复杂的情况,需要在专用轨道上托管剪辑。


示例2:自定义轨道

第一个示例的特点是每次添加自定义剪辑时,都要指定Light组件到每个剪辑上,如果剪辑数量较多,该过程非常麻烦。可以使用轨道的Bound(绑定)对象解决该问题。

 

轨道结构图

 

轨道上可以绑定对象或组件,这意味着该轨道上的每个剪辑可以直接在绑定对象上操作。这是个很常见的行为,同时也是Animation、Activation和Cinemachine轨道的工作方式。

 

如果想要修改多个剪辑上的Light属性,可以创建自定义轨道,将Light组件作为绑定对象。创建自定义轨道需要扩展TrackAsset的脚本,代码如下:


[TrackClipType(typeof(LightControlAsset))]

[TrackBindingType(typeof(Light))]

public class LightControlTrack : TrackAsset {}


这段代码有二个属性:

  • TrackClipType 指定该轨道将接受的PlayableAsset 类型。本例指定自定义LightControlAsset。

  • TrackBindingType 指定轨道要求绑定的类型,例如游戏对象、组件或资源。本例为Light组件。

 

现在还需要对PlayableAsset和PlayableBehaviour 稍作修改,从而使它们适用于轨道上。下面注释掉了不必要代码行,以供参考。


public class LightControlBehaviour : PlayableBehaviour

{

   //public Light light = null;

   public Color color = Color.white;

   public float intensity = 1f;


   public override void ProcessFrame(Playable playable, FrameData info, object playerData)

   {

       Light light = playerData as Light;


       if (light != null)

       {

           light.color = color;

           light.intensity = intensity;

       }

   }

}


PlayableBehaviour 目前不需要Light变量。本示例中,ProcessFrame 方法直接提供轨道的绑定对象,只需将该对象转换为合适类型即可。


public class LightControlAsset : PlayableAsset

{

   //public ExposedReference<Light> light;

   public Color color = Color.white;

   public float intensity = 1f;


   public override Playable CreatePlayable (PlayableGraph graph, GameObject owner)

   {

       var playable = ScriptPlayable<LightControlBehaviour>.Create(graph);

      

       var lightControlBehaviour = playable.GetBehaviour();

       //lightControlBehaviour.light = light.Resolve(graph.GetResolver());

       lightControlBehaviour.color = color;

       lightControlBehaviour.intensity = intensity;


       return playable;   

   }

}


PlayableAsset 不需要为Light组件保留ExposedReference 。该引用将由轨道托管,并直接交给PlayableBehaviour。

 

我们可以在Timeline中添加LightControl 轨道,并给它绑定Light组件。现在给该轨道添加的每个剪辑都将根据该Light组件进行操作。



如果使用Graph Visualizer展示该视图,效果如下:

 

 

上图中剪辑显示为右边名字相同的五个方块。可以把每个方块看作轨道。然后所有轨道都进入紫色方块表示的Timeline中。

 

请注意,Playable粉色方块实际上是Unity创建的Playable混合器。所以它和剪辑的颜色相同。混合器的概念将在示例3中说明。


示例3:用混合器混合剪辑

Timeline支持重叠剪辑,从而在剪辑之间创建混合效果或交叉渐变效果。自定义剪辑也支持混合效果。为了启用混合功能,需要创建混合器,它能访问所有剪辑数据,然后混合数据。

 

混合器由PlayableBehaviour派生,就像前面使用的LightControlBehaviour。实际上混合器还使用ProcessFrame 函数。关键区别在于,该Playable会通过重写CreateTrackMixer函数在轨道脚本中声明为混合器。

 

LightControlTrack脚本代码如下:

[TrackClipType(typeof(LightControlAsset))]

[TrackBindingType(typeof(Light))]

public class LightControlTrack : TrackAsset

{

    public override Playable CreateTrackMixer(PlayableGraph graph, GameObject go, int inputCount) {

        return ScriptPlayable<LightControlMixerBehaviour>.Create(graph, inputCount);

    }

}


创建该轨道的Playable Graph后,它还会创建一个新行为即混合器,并将该行为连接到轨道上的所有剪辑。

 

你还要将逻辑从PlayableBehaviour 上移动到该混合器中。因此PlayableBehaviour中的代码较少。


public class LightControlBehaviour : PlayableBehaviour

{

    public Color color = Color.white;

    public float intensity = 1f;

}


该代码只包含运行时中来自PlayableAsset 的数据。而混合器将拥有ProcessFrame 函数中的所有逻辑:


public class LightControlMixerBehaviour : PlayableBehaviour

{

    // 注意:该函数会在运行时和编辑时调用。在设置属性数值时要注意这一点。

    public override void ProcessFrame(Playable playable, FrameData info, object playerData)

    {

        Light trackBinding = playerData as Light;

        float finalIntensity = 0f;

        Color finalColor = Color.black;


        if (!trackBinding)

            return;


        int inputCount = playable.GetInputCount (); //get the number of all clips on this track


        for (int i = 0; i < inputCount; i++)

        {

            float inputWeight = playable.GetInputWeight(i);

            ScriptPlayable<LightControlBehaviour> inputPlayable = (ScriptPlayable<LightControlBehaviour>)playable.GetInput(i);

            LightControlBehaviour input = inputPlayable.GetBehaviour();

            

            finalIntensity += input.intensity * inputWeight;

            finalColor += input.color * inputWeight;

        }


        trackBinding.intensity = finalIntensity;

        trackBinding.color = finalColor;

    }

}


混合器可以访问轨道上的所有剪辑。本示例中,需要查看剪辑当前参与混合的所有亮度数值和颜色,所以要使用for循环在它们之中迭代。每次循环都要访问输入内容(GetInput(i)),并使用每个剪辑的权重(GetInputWeight(i))来构建最终数值,从而获得该剪辑对混合内容的贡献量。

 

假设要混合二个剪辑:一个剪辑贡献红色,另一个剪辑贡献白色。当混合内容为四分之一时,颜色由0.25 * Color.red + 0.75 * Color.white计算而来,这样会得到稍淡一点的红色。

 

在循环结束时,要将整体结果应用到绑定的Light组件。得到如下内容:



可以看出,红色方块表示你编写的混合器Playable,你可以完全控制它。这和示例2相反,示例2的混合器是由Unity默认提供的。

 

因为该视图处于混合中间,第二和第三个绿色方块都有白线连接着混合器,表示它们各自权重约有0.5。

 

请注意,不管何时在混合器实现混合,逻辑内容都取决于开发者。混合二个颜色很简单,但混合AI系统中二个代表不同AI状态的剪辑会产生什么结果呢?是否会在UI出现二行对话?如何在定格动画中混合二个静态姿势呢?


或许混合不是连续的,但它是以“阶梯式”进行的,所以姿势会以离散增量相互变形,例如:0, 0.25, 0.5, 0.75, 1。有了这个功能强大的系统,便可以得到各种有趣的情景。


示例4:为自定义剪辑设置动画

作为本指南最后一部分,我们首先来回顾一下前面的示例,然后使用“模板”来实现另一种移动数据的方式。该方法的优点是,它能让你设置模板属性的关键帧,从而可以在Timeline中为自定义剪辑创建动画。

 

在前面示例中有一个Light组件的引用,指向PlayableAsset和PlayableBehaviour上的颜色和亮度。该数据在PlayableAsset 的检视窗口上设置,然后在创建视图时,会在运行时复制到PlayableBehaviour 中。

 

该方法能有效处理数据,但会复制之后需要一直保持同步的数据。但复制这些数据很容易产生错误。或者你也可以通过在PlayableAsset创建引用,从而使用PlayableBehaviour 的“模板”概念。

 

因此首先如下重写LightControlAsset :


public class LightControlAsset : PlayableAsset

{

    public LightControlBehaviour template;


    public override Playable CreatePlayable (PlayableGraph graph, GameObject owner) {

        var playable = ScriptPlayable<LightControlBehaviour>.Create(graph, template);

        return playable;

    }

}


LightControlAsset 现在只有对LightControlBehaviour的引用,而不是包含它的数据。代码量比之前更少。

 

LightControlBehaviour 保持原样即可:

[System.Serializable]

public class LightControlBehaviour : PlayableBehaviour

{

    public Color color = Color.white;

    public float intensity = 1f;

}


对该模板的引用会在选中Timeline剪辑时,自动产生如下检视窗口:

 

 

完成该脚本后,就可以开始设置动画了。

 

请注意,如果创建新剪辑,你将在轨道标题栏看到红色的圆形按钮。它表示该剪辑现在不需要添加Animator就可以设置关键帧。你只需点击该红色按钮,选取剪辑,定位创建该关键帧的播放头位置,然后修改该属性数值即可。

 

你也可以点击白色的方形按钮,展开Curves视图来查看关键帧创建的曲线。

 

 

这样做还有的优点是你可以双击Timeline剪辑,让Unity打开Animation面板,然后将该剪辑链接到Timeline。你可以注意到,当下图的按钮出现时,这些剪辑将被链接。



这样在对Timeline和Animation窗口进行处理时,播放头将保持同步,从而完全控制关键帧。你可以在Animation窗口修改动画,在更便捷的环境中处理关键帧。

 

 

在该视图中,你可以充分使用动画曲线和摄影表(Dopesheet),来优化自定义剪辑的动画。

 

请注意,在通过这种方法设置动画时,会创建动画剪辑。可以在Timeline资源下找到这些剪辑。


结语

我们希望本文能作为实用向导指南,介绍通过Timeline可以实现的诸多功能,从而让你使用脚本将Timeline提升到新的水平。我们也希望大家使用Timeline创作出更多优秀的作品!


更多Unity最新最全面的功能介绍尽在Unity官方中文论坛(UnityChina.cn)!


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