什麼是 3D 動畫中的綁定(rigging)?

綁定(rigging)是為 3D 模型建立控制結構的過程——通常是由骨骼組成的骨架——讓模型能擺姿勢並製作動畫。接著蒙皮會以逐頂點的權重把網格綁定到這些骨骼上，權重決定每根骨骼對表面各部位的帶動強度，所以轉動肩膀時，手臂會彎曲而不是撕裂。

作者： Mixos

簡短回答

骨架有三個部分：階層狀的骨骼、把網格綁到骨骼上的蒙皮權重，以及讓擺姿勢變得實際可行的控制器——通常是反向動力學(IK)。凡是會彎曲的東西都需要綁定，例如角色、生物與電纜;剛性物體則用單純的變換就能製作動畫。自動綁定工具會自動貼合骨架並解算權重，從 T-pose 開始最可靠。

骨骼與關節

骨架是由關節連接的骨骼階層。每根骨骼都是一個會帶動其子物件的變換，所以旋轉上臂，前臂和手也會跟著移動。階層的最上層——以角色來說通常是臀部——就是根骨骼，移動它會帶動一切。

骨骼本身不會被算圖。它是一個具有位置與方向的控制點，作用是告訴網格該如何移動。骨骼放在身體內部會彎曲的位置，關節放得是否正確——手肘在手肘處、膝蓋在膝蓋處——決定了變形能看起來多自然。

蒙皮與權重

蒙皮把網格綁定到骨架上。每個頂點會針對每根影響它的骨骼取得一個權重，權重通常加總為一：前臂上的頂點可能完全跟隨前臂骨骼，而手肘處的頂點則在上臂與下臂之間分配，使關節平順彎曲。即時引擎通常允許每個頂點最多受四根骨骼影響。

多數不良的變形都來自不良的權重：塌陷的手肘、擠壓的肩膀、從頭部漂開的帽子。標準方法線性混合蒙皮(linear blend skinning)在關節扭轉時還會損失體積——也就是糖果紙效應——所以骨架會加入扭轉骨骼，或改用雙四元數蒙皮。權重可以用繪製、用自動方法（例如 Blender 的 bone heat 或 Maya 的 geodesic voxel binding），或兩者混合來設定。

FK 與 IK

使用正向動力學(FK)時，你從根部向外依序旋轉每根骨骼來擺姿勢：先肩膀，再手肘，再手腕。它能產生自然的弧線並提供完整控制，通常用來製作擺動的手臂與飄動的尾巴。

使用反向動力學(IK)時，你放置鏈的末端——手或腳——再由解算器算出上方骨骼的旋轉。IK 能讓踩穩的腳在臀部移動時仍留在地面上。極向目標(pole target)則決定手肘或膝蓋指向哪個方向。骨架通常同時提供兩種控制，讓動畫師在 FK 與 IK 之間混合。

自動綁定與 T-pose

自動綁定工具能為角色貼合骨架並解算蒙皮權重，不需手動放置。多數工具要求角色處於 T-pose——雙臂向兩側伸直、雙腿略微分開——因為這讓解剖結構可以被量測：手臂沿同一軸線、四肢與身體分離、手肘與膝蓋不會藏在彎曲之中。有些工具也接受雙臂向下傾斜的 A-pose。

Mixamo 讓這種流程廣為人知：上傳一個人形角色，標記幾個點，就能取回已綁定的角色。自動綁定最適合四肢清楚分開的人形角色;而擺著姿勢、手持道具或穿著長外套的角色，通常需要手動修正關節或權重。

重定向

重定向(retargeting)是把動畫從一副骨架轉移到另一副——例如把動作捕捉的走路動作套到你的角色上，或把一個角色的片段套到比例或骨骼名稱不同的另一個角色上。重定向工具會依角色功能對應骨骼（這是左前臂，這是脊椎），並依新的長度調整動作，讓腳仍能踩到地面。

在 Mixos Studio 中綁定

Studio 位於 Animation 區段的 Rigging 面板涵蓋整條流程。Auto-rig from T-pose 會量測角色——從網格讀取關節高度、臂展、肩寬、胯部、腳踝與腿距——貼合一副 21 個關節的人形骨架並解算權重，全程在你自己的機器上執行，不會上傳任何東西。看不出是 T-pose 人形的網格會被拒絕，而不是綁得很糟。其他情況則有人形、四足與鏈狀範本，可在綁定前手動放置。

Bind mesh to skeleton 會透過角色的體積解算權重，所以一起綁定為一組的身體、盔甲與頭髮會一同移動。Add control rig 會在雙臂與雙腿加上 IK，並加入頭部注視(look-at),Bake IK 則把解算出的姿勢寫回關鍵影格。Motion 資料庫可在你決定採用前，於你的角色上預覽 CMU 資料庫中超過 2,500 段動作捕捉片段;加入後會寫入一般的關鍵影格，可重新調整時間。已經綁定好的角色（以 GLB 或 FBX 匯入）會保留其骨架，成為一般可設定關鍵影格的骨骼。