Open Cascade 7.7.1 动画 AIS_Animation

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1. 简介

3D动画效果在一些软件中很常见，动画有助于使用者观察模型或视角的变化轨迹，避免画面突变，提升交互体验。

在OCC中3D视图中显示物体位置动画变换和相机视角动画变换是由 AIS_Animation 实现的。对象变换动画为 AIS_AnimationObject、相机变换动画为 AIS_AnimationCamera ：

2. 使用方法

由于没有单独的渲染子线程，动画时采用阻塞主线程的方式刷新的：

Handle(AIS_Animation) anim = ...;
anim_object->SetOwnDuration(obj_duration); // 设置时间
ais_animation->StartTimer(0, 1.0, true); // 开始定时器
while (!anim->IsStopped())
{anim->UpdateTimer();_context->UpdateCurrentViewer();
}

一个动画AIS_Animation可以理解为一个时间轴，在一个时间轴上通过方法Add添加多个动画，实现同时播放多个动画的效果。因为AIS_Animation的继承关系，对象动画和相机动画是可以同时播放的，如2.3节所示。

//! Add single animation to the timeline.
//! @param theAnimation input animation
Standard_EXPORT void Add (const Handle(AIS_Animation)& theAnimation);

多个动画时间轴的效果与视频编辑中的时间轴类似。

2.1. 对象变换动画

AIS_AnimationObject 初始化接口为：

  //! Constructor with initialization.//! Note that start/end transformations specify exactly local transformation of the object,//! not the transformation to be applied to existing local transformation.//! @param[in] theAnimationName animation identifier//! @param[in] theContext       interactive context where object have been displayed//! @param[in] theObject        object to apply local transformation//! @param[in] theTrsfStart     local transformation at the start of animation (e.g. theObject->LocalTransformation())//! @param[in] theTrsfEnd       local transformation at the end   of animationStandard_EXPORT AIS_AnimationObject (const TCollection_AsciiString& theAnimationName,const Handle(AIS_InteractiveContext)& theContext,const Handle(AIS_InteractiveObject)&  theObject,const gp_Trsf& theTrsfStart,const gp_Trsf& theTrsfEnd);

这里需要注意，输入参数的 theTrsfStart 和 theTrsfEnd 是指对象 theObject 的 “局部变换”——是对象位置的绝对值、而非相对值，例如 theTrsfStart 可以直接取对象当前的位置变换 theObject->LocalTransformation()。而当起始变换不是对象当前位置的变换 theObject->LocalTransformation() 时，对象会出现跳动的现象，即由指定的起始位置theTrsfStart变换到终止位置theTrsfEnd，而与当前位置无关。例如，对象起始位置为单位变换，终止位置为绕轴ax1旋转90°，实现代码：

gp_Trsf start_trsf, end_trsf;
gp_Ax1 ax1(gp_Pnt(10, 0, 0), gp_Vec(0, 1, 0));
end_trsf.SetRotation(ax1, M_PI_2);
Handle(AIS_AnimationObject) ani_object = new AIS_AnimationObject("Object", _context, first_obj, start_pnt, end_pnt);

重复执行上一段代码，会出现跳动的现象：

这里引入了一个概念：对象位置。可以简单理解为物体在渲染时，对物体本身的三角形数据施加一个变换，从而将物体显示在所需的位置。例如，希望将一个球心在原点的单位球，渲染显示在(10, 10, 10)这个位置，只需设置物体显示对象的位置变换即可：

Handle(AIS_InteractiveObject) ais_ball;
gp_Trsf ball_trsf;
ball_trsf.SetTranslation(gp_Vec(10, 10, 10));
ais_ball->SetLocalTransformation(ball_trsf);

详细可参考OCC官方文档：AIS_InteractiveObject

2.2. 相机变换动画

AIS_AnimationCamera

//! Define camera start position.
void SetCameraStart (const Handle(Graphic3d_Camera)& theCameraStart) { myCamStart = theCameraStart; }
//! Define camera end position.
void SetCameraEnd (const Handle(Graphic3d_Camera)& theCameraEnd) { myCamEnd = theCameraEnd; }

视角切换动画是在两个相机视角之间完成的，分别设置起始相机位置、终止相机位置。实现代码：

gp_Trsf end_trsf;
gp_Ax1 ax1(gp_Pnt(10, 0, 0), gp_Vec(0, 1, 0));
end_trsf.SetRotation(ax1, M_PI_2);
Handle(Graphic3d_Camera) camera_start = _view->GetView()->Camera();
Handle(Graphic3d_Camera) camera_end = new Graphic3d_Camera();
camera_end->Copy(camera_start);
camera_end->Transform(end_trsf);
Handle(AIS_AnimationCamera) ani_camera = new AIS_AnimationCamera("Camera", _view->GetView());
ani_camera->SetCameraStart(camera_start);
ani_camera->SetCameraEnd(camera_end);

将相机绕轴ax1正向旋转90°。注意：在同一个3D视图中相机变换和模型变换在视觉上是相反的。

2.3. 多对象+相机同时变换动画

3. OCC 7.7.1 升级说明

在 OCC 7.7.1 版本中优化了对旋转变换的支持，新增专门针对旋转变换的对象动画AIS_AnimationAxisRotation，以解决此前版本中对象旋转动画中间过程不正确的问题（bug32570 绕轴旋转动画中间过程不正确），参考 OCC 开发者 Kirill Gavrilov 对该问题的回复。

以对象变换动画AIS_AnimationObject为例，更新动画帧时以变换插值gp_TrsfNLerp的方式获取中间变换，即分别对平移、旋转、缩放进行插值，并组合成新的变换，无法得到正确的变换路径。

void NCollection_Lerp<gp_Trsf>::Interpolate (double theT, gp_Trsf& theResult) const
{...gp_XYZ aLoc;gp_Quaternion aRot;Standard_Real aScale = 1.0;myLocLerp  .Interpolate (theT, aLoc);myRotLerp  .Interpolate (theT, aRot);myScaleLerp.Interpolate (theT, aScale);theResult = gp_Trsf();theResult.SetRotation (aRot);theResult.SetTranslationPart (aLoc);theResult.SetScaleFactor (aScale);
}

因此在之前版本或新版本使用AIS_AnimationObject，对象变换动画的效果为：

但是，对于绕轴旋转的相机动画，在最新版 OCC 7.7.1 中仍无法得到正确的中间过程。显然，这同样是因为动画AIS_Animation中对gp_Trsf的平移分量、旋转分量分别采用线性插值引起的。

4. 疑问

1. 如何才能使动画对任意变换均沿着正确的变换路径播放呢？
2. 动画实际播放时间小于主线程阻塞时间？动画快速播放完成后，仍阻塞至设定时间结束。

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本文源码

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参考资料

1. OCC博客 How to rotation arround an axis parallel to the Y-axis
2. Open Cascade 7.7.0 AIS_Animation