從Blender裡萃取模組資料(7)

從Blender裡萃取模組資料(7)

前言

  續前篇從Blender裡萃取模組資料(6)，這次說明動畫的資料如何萃取，在此做個紀錄。

內容

  在開始前，先看看下圖

Blender的動畫資料

在圖中，我將動畫的狀況分為3種，沒有動畫、只有一個動畫與多個動畫這3種，在"沒有動畫"時，物件底下不會有Animation的node，在"只有一個動畫"時，Animation的node底下會有一個"CubeAction"的node，這個node就是啟用中(Actived)的動畫的資料，再來就是"多個動畫"時會發現底下多了個"NLA Tracks"的node，把整個tree展開，會發現底下會多一個"MultiAnimationCubeAction"，這個就是非啟用中的動畫資料，如果有多筆非啟用中的動畫的話，"NLA Tracks"的node下就多有多筆"Action Stash"。接著，來看看動畫的內容是如何存放的，如下圖

Blender的動畫內容資料

可以看到很多個Curve，可以想像每個Curve其實就是一個"float"的資料，所以"Location"的動畫被切成3個Curve，再來會看到右側有一些"菱形"，而每個"菱形"就代表一個Keyframe，裡面紀錄的是時間與數值。

  接著就來萃取動畫的資料，範例如下

import bpy

def ShowActionInfo(act):
  print('animation name',act.name)
  for curve in act.fcurves:
    print('Data path:',curve.data_path,' ',end='')
    print('Array index:',curve.array_index,' ',end='')
    print('')
    for keyFrame in curve.keyframe_points:
      print('Key time:',keyFrame.co[0],' ',end='')
      print('Key value:',keyFrame.co[1],' ',end='')
      print('')
#
def ShowAnimationInfo(obj):
  if obj.animation_data == None:
    print("No animation data in object!")
    return
  #Check actived action...
  actionCon = 0
  if obj.animation_data.action != None:
    ShowActionInfo(obj.animation_data.action)
    actionCon+=1
  #Check action in NLA tracks...
  for track in obj.animation_data.nla_tracks:
    for strip in track.strips:
      ShowActionInfo(strip.action)
      actionCon +=1
  print("Animation amount:",actionCon )
#
tagObj = bpy.data.objects['Cube']
ShowAnimationInfo(tagObj )

在ShowAnimationInfo()的部分，只要是在辨識動畫的數量，要注意一點的是啟用中的動畫可能會是None，在編輯器編輯時是可以將它調成空的，ShowActionInfo()的部分，有"Data path"與"Array index"兩個資料，"Data path"可能會是"location"、"rotation_euler"或"scale"...等，"Array index"則是個數值，假設得到的結果為"location"與"1"，也就是location[1]，進一步說就是location.y，請依此類推，"Key time"舊式下方時間條的數值，"Key value"就是數值。

參考資料

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前言

  續前篇從Blender裡萃取模組資料(5)，這次來說明SkinedMesh的權重資料如何取得，在此做個紀錄。

內容

  SkinedMesh的權重資料指的是什麼呢?可以參考下圖

SkinedMesh的權重資料

在SkinedMesh裡的每個Vertex都會有個別的權重資料，裡面會記錄那些Bone對該Vertex的引響力，通常小於1並且不會是負數，範例圖可以看到該Vertex有兩個Bone對它有引響力，分別是"Bone"與"Bone.002"，而數值分別為"0.906"與"0.235"。

  接著，就來看如何取得權重資料，範例程式如下

import bpy

tagMesh = bpy.data.meshes["Cube"]
#Create bmesh from mesh
tagBMesh = bmesh.new()
tagBMesh.from_mesh(tagMesh)
#
tagBMesh.verts.ensure_lookup_table()
layer_deform = tagBMesh.verts.layers.deform.active

#Start extract
baseIndex = 0
for face in tagBMesh.faces:
  for i in range(len(face.loops) ):
    print("Position:",face.loops[i].vert.co," ",end="")
    print("Normal:",face.normal," ",end="")
    if layer_deform!=None:
      vertData = tagBMesh.verts[face.loops[i].vert.index]
      weightKeyList = vertData[layer_deform].keys()
      for weightKey in weightKeyList:
        print("WeightIndex:",weightKey," WeightValue:",vertData[layer_deform][weightKey]," ",end="")
    
  print("Loop vertex end")
  loopLen = len(face.loops)
  for i in range( len(face.loops) - 2):
    print("index0:",baseIndex," ",end="")
    print("index1:",baseIndex + i + 1," ",end="")
    print("index2:",baseIndex + i + 2," ",end="")
  print("Loop index end")
  
#Free bmesh...
tagBMesh.free()

這個範例相似於從Blender裡萃取模組資料(1)的範例，但這次會去拿權重的資料。在開頭新增了取的"layer_deform"，如果這個值是None表示這個Mesh沒有權重資料，取得權重的部分可以看到事先取得Vertex的資料後再取得權重資料，跟之前的"位置"與"Normal"並不一樣，這一點要注意，再來是取得"weightKeyList"，在於List的Key來取得權重數值，這個部分有點特別，"weightKey"並不是Bone的名稱，而只是一個數字!這個數字其實是"Armature.bones"的陣列索引 ，如果忘記"Armature.bones"可以參考從Blender裡萃取模組資料(4)。所以如果要得到名稱的話還需要搭配Armature的資料才可以取得。權重數值的部分取出來就會跟編輯器看到的是一樣的不需要再處理。

參考內容

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前言

  續前篇從Blender裡萃取模組資料(4)，這次會說明Skeleton的transform如何取得，在此做個紀錄。

內容

  在上一篇從Blender裡萃取模組資料(4)中提到了Hierarchy的取得，但Skeleton的Bone還必須包含"Position"與"Rotation"的資訊，這次就坐明這兩種資訊如何取得。
  先來看看只考慮"Position"的部分如何取得，範例如下

import bpy

def ShowBonePosition(bone):
  if bone.parent != None:
    boneWorldPos = bone.head_local
    parentBoneWorldPos = bone.parent.head_local
    print(' Bone pos:',boneWorldPos - parentBoneWorldPos,end='')
  else:
    print(' Bone pos:',bone.head_local,end='')

def ShowBoneInfo(bone,levelCon=0):
  for i in range(levelCon):
    print("  ")
  #
  print('Bone name:',bone.name,end='')
  ShowBonePosition(bone)
  print('')
  #
  for childBone in bone.children:
    ShowBoneInfo(childBone ,levelCon+1)

tagObj = bpy.data.objects["metarig"]
if type(tagObj.data) == bpy.types.Armature:
  armatureData = tagObj.data
  rootBoneList = []
  for bone in armatureData.bones:
    if bone.parent == None:
      rootBoneList.append(bone)
  #
  for rootBone in rootBoneList:
    ShowBoneInfo(rootBone)

搭配前一篇的範例，這次新增"ShowBonePosition()"，取得的方法並不困難，Bone的"head_local"代表的是世界座標，所以在有Parent的狀況時，要將它轉成本地座標。

  接著來看看"Position"與"Rotation"如何取得，範例如下

import bpy

def ShowBonePostionAndRotation(bone):
  quat = bone.matrix.to_quaternion()
  if bone.parent != None:
    boneWorldPos = bone.head_local
    parentBoneWorldPos = bone.parent.head_local
    localPos=boneWorldPos - parentBoneWorldPos 
    parentRot = bone.parent.matrix_local.to_3x3().to_quaternion()
    invParentRot = parentRot.inverted()
    print('Bone pos:',invParentQuat.to_matrix() * localPos,end='')
  else:
    print(' Bone pos:',bone.head_local,end='')

  print(' Bone rot:',quat,end='')

def ShowBoneInfo(bone,levelCon=0):
  for i in range(levelCon):
    print("  ")
  #
  print('Bone name:',bone.name,end='')
  ShowBonePostionAndRotation(bone)
  print('')
  #
  for childBone in bone.children:
    ShowBoneInfo(childBone ,levelCon+1)

tagObj = bpy.data.objects["metarig"]
if type(tagObj.data) == bpy.types.Armature:
  armatureData = tagObj.data
  rootBoneList = []
  for bone in armatureData.bones:
    if bone.parent == None:
      rootBoneList.append(bone)
  #
  for rootBone in rootBoneList:
    ShowBoneInfo(rootBone)

這次的做法很不一樣，理由很簡單，如果只是單單需要知道Bone的旋轉，利用Bone的matrix直接取得就是Local的旋轉，不需要再轉換，但"Position"是會被Parent的旋轉引響的，所以要透過Bone的matrix_local(這個是世界旋轉)的"逆旋轉"來反算"Position"。

參考資料

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前言

  續前篇從Blender裡萃取模組資料(3)，這次說明Skeleton的Hierarchy如何萃取，在此做個紀錄。

內容

  記得在從Blender裡萃取模組資料(1)時取得"Mesh"的做法嗎?透過"bpy.data.meshes"取得Mesh的資料，但這個方法有個前提是必須知道"Mesh"的名稱，如果要從所屬的物件來取得是如何取?答案是透過"Object.data"這個Property來取得，透過檢查型別或是用"Object.type"來檢查也可以，為什麼要說明這件事呢?因為這次的Skeleton的資料也是用一樣的方式來取得，在Blender的編輯器裡，看到的"Object.data"如下圖

Skeleton的"Object.data"

取得範例程式碼如下

import bpy

tagObj = bpy.data.objects["metarig"]

#check data by type
print('Check object.data use type()')
if type(tagObj.data) == bpy.types.Armature:
  print('Object has armature data')
elif type(tagObj.data) == bpy.types.Mesh:
  print('Object has mesh data')

print('Check object.data use object.type')
if tagObj.type == 'ARMATURE':
  print('Object has armature data')
elif tagObj.type == 'Mesh':
  print('Object has mesh data')

Mesh的資料取得後可以到從Blender裡萃取模組資料(1)裡參考資料如何萃取，這裡就不再贅述。另外，在Blender中，稱Skeleton為"Armature"，要找關鍵字請用"Armature"。

  接著，進入正題"Skeleton的Hierarchy如何萃取"，取得的方法是透過"Armature.bones"來取得每一個"Bone"，而每一個"Bone"皆有parent與children的資訊，所以只要抓Root bone(沒有parent的Bone)，再從Root bone的children來萃取整個Hierarchy即可，範例的程式碼如下

import bpy

def ShowBoneInfo(bone,levelCon=0):
  for i in range(levelCon):
    print("  ")
  #
  print('Bone name:',bone.name)
  #
  for childBone in bone.children:
    ShowBoneInfo(childBone ,levelCon+1)
tagObj = bpy.data.objects["metarig"]

if type(tagObj.data) == bpy.types.Armature:
  armatureData = tagObj.data
  rootBoneList = []
  for bone in armatureData.bones:
    if bone.parent == None:
      rootBoneList.append(bone)
  #
  for rootBone in rootBoneList:
    ShowBoneInfo(rootBone)
    

補充說明，"Bone"裡有"name"這個Property，可以取得Bone的名稱。"ShowBoneInfo()"會遞迴出整個Hierarchy，"levelCon"可以知道目前的階層數。

參考資料

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  續前篇從Blender裡萃取模組資料(2)，這次說明物件的Hierarchy如何萃取，在此做個紀錄。

內容
  在Blender設定Hierarchy有3種常用的方法，一個是直接設定物件的Relations的Parent，如下圖

設定Relations的Parent

這個方法我認為是最好的方式，因為這個方法支援當Parent是Bone的狀況，第二種是"Set Parent To"，用法很直覺，選取Child物件後再押住"Shift"選取Parent物件，然後按下Ctrl+p，選取需要的Parent選項即可，這方法很直覺而好用，還可以用來綁骨架，但這個方法有個缺陷，就是無法將物件的Parent設定到Bone，操作狀況如下圖

使用"Set Parent To"

接著是第三種方法，使用"Child Of Constraint"，操作狀況如下圖

使用"Child Of Constraint"

這個方法雖然也可以達成Hierarchy效果，但有些相當棘手的問題，問題一，在操作狀況圖片可以看到物件的Hierarchy並沒有真正的改變，這會造成匯出模組時有些物件(Child Of Constraint的Parent物件)必須先匯出，問題二，這個方法並不會防止循環Hierarchy或是2個以上的Parent，如果先用第一或第二種方法設定Hierarchy為A物件的Child為B物件，B物件的Child為C物件，接著利用
"Child Of Constraint"將C物件的Parent設成A物件，造成循環Hierarchy且C物件具有2個Parent，Blender並不會阻止這件事的發生，所以這第三種方法就不打算支援了。
  接著就來看看由第一與第二種設定Hierarchy的資料如何萃取，萃取的範例如下

tagObj = bpy.data.objects["Cube"]
#
for obj in tagObj.children:
  print("child name:",obj.name)
#
if obj.parent != Nome:
  if obj.parent_type=='OBJECT':
    print("parent name:",obj.parent.name)
  elif obj.parent_type=='ARMATURE':
    print("parent name:",obj.parent.name)
  elif obj.parent_type=='Bone':  
    print("parent name:",obj.parent.name," bone name:",parent_bone)

只要存取物件的"Children"就可以得到該物件的Child物件，然後可以透過"Parent"來得到Parent物件，唯一要記住的特例是當物件的Parent是Bone的狀況，實際狀況會到萃取骨架資料時再詳細說明。

參考資料

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  續前篇從Blender裡萃取模組資料(1)，這次會說明物件Transform的資料如何萃取，在此做個紀錄。

內容

  萃取Transform的Position與Scale相當容易，直接從object的Property取得即可，但Rotation的部分就不能直接取得了，相看下圖

Blender的旋轉模式

可以在編輯器看到旋轉模式的選項，在不同的旋轉模式要取不同的Property才能正確取到值，如下說明:
1.  Quaternion(WXYZ)模式下，取roation_quaternion
2.  XYZ Euler模式下，取roation_euler
3.  XZY Euler模式下，取roation_euler
4.  YXZ Euler模式下，取roation_euler
5.  YZX Euler模式下，取roation_euler
6.  ZXY Euler模式下，取roation_euler
7.  ZYX Euler模式下，取roation_euler
8.  Axis Angle模式下，取roation_axis_angle

旋轉模式在編輯器的預設值是"XYZ Euler"，以我的需求來說，我會希望它是"Quaternion(WXYZ)"，所以該怎麼轉換呢?只要將現在的旋轉模式轉到你想要的模式後，再去取對應的Property即可，整個Transform的資料萃取範例如下

import bpy

tagObj = bpy.data.objects["Cube"]
#
print('Object postion:',tagObj.location)

if obj.rotation_mode == 'QUATERNION':
  print('Object ratation(quaternion):',tagObj .rotation_quaternion)
else:
  #save old ratation mode for recover it.
  oldRotationMode = obj.rotation_mode
  #
  obj.rotation_mode = 'QUATERNION'
  print('Object ratation(quaternion):',tagObj .rotation_quaternion)
  #Recover ratation mode
  obj.rotation_mode = oldRotationMode 

#
print('Object scale:',tagObj.scale)

在取得非"Quaternion"時要把舊的模式記住，這只是為了恢復原本的操作模式，如果不介意旋轉模式被更改的話可以直接設成想要模式後取Property即可。

參考資料

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  從Blender裡匯出模型的完整範例很難搜尋到，都只能搜尋到片段的資料會出範例，所以這裡做個紀錄，由於目前並未研究透徹，只會萃取"位址"、"Normal"與"Index"的部分。

內容

  在之前的那一篇初探Blender的script裡有一個輸出的範例，那個範例輸出的資料恐怕是有問題的，如果用該範例輸出一個Cube的話，會得到36個vertex與36個index，這個和一般在Direcct3D與OpenGL的範例不一樣，Direcct3D與OpenGL的範例是24個vertex與36個index，其中的vertex是有Face的概念的，而不是將全部的Triangle一個一個輸出。
  這裡說一下輸出格式的問題，由於每個引擎有自己的格式，所以範例的用法並會包含輸出的格式，而是著重在從Blender裡將資料萃取出來，至於輸出格式的部分，相信並不困難，這裡就不記錄了。
  接著，就來看萃取的範例

import bpy
import bmesh

tagMesh = bpy.data.meshes["Cube"]
#Create bmesh from mesh
tagBMesh = bmesh.new()
tagBMesh.from_mesh(tagMesh)

#Start extract
baseIndex = 0
for face in tagBMesh.faces:
  for i in range(len(face.loops) ):
    print("Position:",face.loops[i].vert.co," ",end="")
    print("Normal:",face.normal," ",end="")
  print("Loop vertex end")
  loopLen = len(face.loops)
  for i in range( len(face.loops) - 2):
    print("index0:",baseIndex," ",end="")
    print("index1:",baseIndex + i + 1," ",end="")
    print("index2:",baseIndex + i + 2," ",end="")
  print("Loop index end")
  
#Free bmesh...
tagBMesh.free()

範例會去取"Cube"這個Mesh，如果取其它的Mesh的話，更換名稱即可。接著，會去從每個face裡取出loop的資料，這裡如果以"Cube"來說的話，loop就代表了"Cube"的面，如果用len(face.loops)取得的數值會是4，再依據每個loop的索引取得vertex的位址。Normal的部分可以直接從face拿到。接著會依據loop來輸出Index，每個面要輸出的Index應該有6個(兩個Triangle)，輸出的過程如下圖

Index的輸出順序

至於BaseIndex是作為目前已第幾個Index為基準輸出Index，這樣就可以輸出6個Index了。
  輸出資料的時候要注意一些事，像是vertex的數值如果要取值時要經過round()，具體的範例如下

tagX = round(vert.co.x,3)
tagY = round(vert.co.y,3)
tagZ = round(vert.co.z,3)

取完後，才會是float的數值，原本的數值是double的。還有要注意Blender的坐標系是"右手坐標系"，Index的順序是"順時針"，如果需要轉換的話請自行轉換。

參考資料

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