骨骼动画原理
现如今，骨骼动画系统是三维动画软件和游戏渲染系统的重要组成部分。骨骼动画系统的轮子现如今已经非常多，基本上所有渲染引擎和游戏引擎都提供了，比如unity(mecanim),unreal,ogre,urho3D, 也有IKinema这样独立的动画系统。
重要概念解析
Skeletal Meshes
现在游戏角色经常使用模型内部隐藏的关节骨骼来控制角色的运动，用骨骼来控制角色运动有两个优势：
- 控制更直观
- 能做出更真实的动作
Joints
骨骼通常由一系列关节构成，每个关节都有transformation(position和rotationn)，一个关节可能有父关节，子关节的transformation要受父关节的transformation影响(一般子元素的变换矩阵还要乘父元素的变换矩阵)。和Scene Graph有一些相似(子Node变换继承父Node的变换)。
人物动画用的骨骼和真实的人类骨骼并不完全相同(其实绝大部分情况都不一样，比如unity通用人物骨骼Humaniod，数量远小于206)。在游戏中，骨骼也可以控制人物面部表情(比如用来控制嘴唇的移动，或者翻白眼)，用来控制附着在网格上的子物体(比如武器)，用来做捏脸系统(传统捏脸系统用的是blend shape)。
Skinning
Joints和scene node不是一一对应单独操作的的。Scene node中的每个顶点的变换只受Scene node自身影响，而骨骼动画使用一种名为顶点蒙皮(vertex skinning)的技术，每个顶点的位置要受多个关节位置和选择角度的影响。
如果Scene node单独控制，在胳膊肘这种关节转角处，一定程度选择之后就会出现缺口，严重影响画面体验。虽然讲肢节使用胶囊体，以及一些贴图技术可以改善视觉体验，但是工作量巨大而且限制颇多，很容易发生贴图内陷和贴图撕裂的问题。
为了解决这个问题，整个胳膊(甚至整个人物)使用一个网格，网格中的每个顶点都会收多个因素影响。主要实现方式有两种：
- 每个顶点的位置会收多个关节位置的影响
- 每个顶点受多个锚点的影响，每个锚点都有自己的位置和其对应的关节
Weights
无论采用哪种变形方式，顶点最终的位置都受自身位置和一系列相关点位置的影响。一系列点钟每个点对顶点最终位置影响程度的大小，叫权重(Weight)。每个关联点都有一个权重，并且所有关联点的权重之和为1.0 。这些权重通过影响顶点的transformation矩阵来影响最终位置
Direct vertex weightings
首先是直接使用关节和权重的方法。v0 是要画的点，受关节 j0 和 j1 影响，影响程度相同； v1 受关节 j1 和 j2 影响，j2 影响程度更大。两种情况点点均使用的是local position。
Weighted anchor positions
接下来是使用锚点和权重的方法，最终位置完全由锚点位置以及权重决定。在本例中， v0 受两个锚点影响 w0 和 w1 ，两者的权重相同。这就意味着 v0 会在 w0 和 w1 的中点上。
Bind Pose
当一个网格和内部隐藏的骨骼绑定完成(该过程通常被称作绑骨(rigging))，通常会把模型置为一个通用的姿势，一般称为bind pose。对于双足生物(比如人)，bind pose一般是双腿稍稍分开，双臂向两侧伸开，接近一个T型。这个姿势也通常是建模时人形物体建模的造型。
Animating Skeletal Meshes
就和Scene node一样，每个骨骼关节都有父关节(除了root骨骼)，每个关节的运动都受其父骨骼的影响，因此，骨骼动画，其实只要改变每个骨骼的位置和旋转情况即可。和动画还有电影相同，骨骼动画一般是每秒24帧。
实际渲染一般为30帧或者60帧，所以帧插值十分重要。
而且，多个动画可以完成混合，优秀的动画系统通过混合，可以讲转身动画和跑动动画叠加合成转向跑。
Hardware Skinning
关节其实是一个矩阵，而权重是float或者vector，所以将skeletal mesh skinning在GPU的顶点着色器中运行是可行的。
有两种方法保存骨骼信息，使用一个很大的uniform矩阵数组，或者使用一张贴图来保存骨骼信息。无论哪种方法，顶点着色器都需要很多attributes变量，可能是锚点的坐标、权重以及关键的索引，或者就是关联点以及其权重，同时还需要每个关节点的transformation矩阵。
由于顶点着色器的工作方式，每个顶点的顶点着色器都需要完全相同的数据，一个顶点可能只受一个关节点影响，但另一个顶点可能受很多顶点的影响。通常，为了效率考虑，每个顶点作用的关节点是有限的，一般为4或者8。每个顶点都有4/8个vertex skinning attribute，如果没有那么多，就将权重设置为0。传到顶点着色器的uniform数据也有限制，一般限制为硬件蒙皮支持的最大数量，有些硬件顶点最多256个向量变量–意味者顶点着色器中最多使用256个vec4变量，也就是最多64个joint(一个mat4是4个vec4)。如果坐标只用xyz三个分量，最多就是85个joint。如果使用一个vec4表示位移，一个vec4的四元数表示旋转，那最多就是128个joint。
quaternions
一个四元数可以表示，绕空间中某直线为轴选择某个角度。一个四元数的四个分量 x, y, z, w与旋转轴 (Vx, Vy, Vz) 和旋转角 a 的关系如下：
四元数和3x3旋转矩阵转换关系如下：
实例程序
模型使用three.js r63以前版本的blender export导出，three.js的旧版导出程度导出的模型虽然加载效率低些，但结构更清晰更易解析。
