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基于Spine的2D形象换装换动作实现

发布时间：2021-06-05 00:00| 有 位朋友查看

简介：2D商城换装业务不同于普遍业务场景，存在大量换装和切换动作的需求，但业界内现有运行库缺少对应的API实现与支持。因此，本课程将带领大家深入Spine 2D渲染底层原理，深入Spine源码运行库，分析其核心模块和渲染层的调用和处理流程，并基于此介绍如何基于PIX……
2D商城换装业务不同于普遍业务场景，存在大量换装和切换动作的需求，但业界内现有运行库缺少对应的API实现与支持。因此，本课程将带领大家深入Spine 2D渲染底层原理，深入Spine源码运行库，分析其核心模块和渲染层的调用和处理流程，并基于此介绍如何基于PIXI-spine实现换装和换动作功能，以及功能实现过程中的难点。

一、Spine基本概念及其原理介绍

Spine中比较重要的几个基本概念，可参照笔者之前分享的一篇文章，包括对骨架、骨骼、附件、插槽以及皮肤的概念理解。

这里还需要补充强调一个概念：数据对象和实例对象的关系与区别。

数据对象是无状态的，可在任意数量的骨架实例间共用。有对应实例数据的数据对象类名称以“Data”结尾，没有对应实例数据的数据对象则没有后缀，如附件、皮肤及动画。

实例对象有许多属性与数据对象相同。数据对象中的属性代表装配姿势，通常不会改动。实例对象中的相同属性表示播放动画时该实例的当前姿势。每个实例对象保有一个其数据对象参考，用于将实例对象重置回装配姿势。

例如，SkeletonData是数据对象，而Skeleton是实例对象。同样的，Bone实例对象会有对应的BoneData，Slot实例对象会有对应的SlotData等。

二、Spine渲染整体流程图

image.png

三、设计思路

业务背景：

公司内部业务存在大量换装和切换动作的需求，因此Spine编辑器导出的素材，也需要进行拆分，将"头饰"、"发型"、"上衣"等逐个归类拆分为一个个dress；同样的，由于动作繁多且多变，动作也需单独拆分为一个个action，而动作内又可能发生装扮的替换，因此拆分出来的动作素材内可能同时含有骨骼信息和装扮信息。

以接下来这个挥镰刀的动作为例，将被拆分为一下几部分：
image.png
插拔思想：

基于前面的拆分，为了让人物可以方便的进行装扮的替换，动作的切换，我们需要将装扮和动作都设计成可"插拔"的形式，本质上都是基于初始的基础骨骼，然后继续往骨架上新增装扮附件，或者新增骨骼信息，而这些新增的骨骼和装扮在未来某一个同样可以从当前骨架中"摘除"。实现装扮的替换或者动作的切换。

渲染库选型：

渲染层\比较项兼容性封装程度可拓展性
canvas不支持网格附件、着色低低
webgl√低低
threejs不支持两种颜色着色和混合模式高一般
pixijs√高高

在针对渲染层采用的技术方案的比较中，canvas和threejs仍存在一些兼容性问题；由于canvas和webgl都用浏览器原始画布来做渲染，因此封装程度较低，如果要投入到业务中需要进行二次封装；考虑到2D动画渲染以及未来的业务功能的可拓展性上，pixijs相对更有优势，基于pixijs的封装可以让我们很方便的对实例进行管理。

最终采用pixijs + pixi-spine 插件作为厘米秀2D渲染技术方案。

整体分层设计：

无论是哪种渲染层方案，目前都未实现换装换动作功能，仅支持一份素材的消费，而由于业务本身的需要和特殊性需要我们自行扩展实现这一个功能，整体设计如下：
!image.png

顶层的业务调用层：暴露给业务使用，通过创建Role实例可以方便的进行addDress、removeDress以及addAction和removeAction等操作，下层的处理逻辑对上层透明。

业务适配层：针对厘米秀业务场景下的适配逻辑，加载厘米秀素材资源，解压并解析资源，同时在这一层调用换装扩展插件所提供的方法，修改渲染实例上的数据，包括骨骼、插槽、附件等来实现切换装扮和切换动作。

换装扩展插件：在pixi-spine插件的基础上再扩展，由于pixi-spine上缺乏新增和修改附件，新增骨骼插槽等API，因此需要扩展底层方法供给上层调用。

pixi-spine和pixijs：最下层的渲染库提供渲染支持。

四、换装功能实现

根据笔者之前的文章所介绍的，每次插槽渲染的时候，都会根据当前slot的attachmentName，去当前skin中获取到对应的附件。

skin是附件查询的映射表，因此只需要到当前的skin中（厘米秀只有默认的default skin），去更新对应的附件，即可以实现换装功能。

如下图所示：
image.png

正如之前渲染流程所介绍的，渲染层会遍历slots进行逐个渲染，本质读取的是slot上挂载的attachment实例，因此我们需要明白附件实例的构建流程，以及如果更新这些实例。

slot1来源于slotData1，初始化的时候会读取slotData1中的attachmentName，去skin.attachments中查找对应的附件实例，这里每一项的index都是一一对应的，skin.attachments数组中的第一项对应slotData1，检索到对应的附件实例后赋值给对应的slot实例，等待被渲染层渲染。

从这里我们可以知道，我们需要更新的是slot中的对应附件，而附件检索来自于skin，因此我们实际上需要更新的是skin上对应的附件查询表，将对应层级的附件实例更新为新的装扮生成的实例。

接下来，需要明确的第二个问题是，我们如何生成对应的消费素材资源，生成对应的附件实例，skeletonJson是spine核心库定义的用于解析JSON的解析器，生成对应的skeletonData，这一过程中就包括构造skin。

因此，我们需要通过定义loader加载厘米秀素材资源，处理成对应的资源格式，经过textureAtlas的处理，构造出AtlasAttachmentLoader给skeletonJson调用，有了loader，提供json，这时候skeletonJson便可以解析后构造出对应的附件。

这里我们需要做以下几件事：

1、自定义loader加载素材资源，处理成对应的资源格式给下层消费；

2、仿造pixi-spine处理流程，构造AtlasAttachmentLoader给skeletonJson调用；

3、扩展skeletonJson底层原型链方法，生成附件实例，将新的附件实例更新到当前skin对应的层级位置上。

自定义loader处理以及skeletonJson调用如下：

    // 资源加载 解析 预处理
    const filesParsing = await parsingFiles(this.src);
    const result = await loadAndDealDressFiles(this.dressId, filesParsing);
    result.json = JSON.parse(result.json);
    result.png = {
      [result.pngid]: result.pngContent,
    };
    const renderResource = await getRenderRes(result);
    this.renderResource = renderResource;

    ...

    // 资源消费 构造AtlasAttachmentLoader 调用扩展API updateAttachment
    const { renderResource } = this;
    const that = this;
    const adapter = PIXI.spine.staticImageLoader(renderResource.metadata.images);
    new PIXI.spine.core.TextureAtlas(renderResource.metadata.atlasRawData, adapter, spineAtlas => {
      let attachmentLoader;
      if (spineAtlas) {
        attachmentLoader = new PIXI.spine.core.AtlasAttachmentLoader(spineAtlas);
      }
      const skeletonJsonParser = new PIXI.spine.core.SkeletonJson(attachmentLoader);
      const updateSlotList = skeletonJsonParser.updateAttachment(
        that.sprite.spineData,
        renderResource.data.attachments,
      );
      ...
      that.sprite.skeleton.setToSetupPose();
    });

扩展skeletonJson底层原型链方法核心逻辑如下：

 core.SkeletonJson.prototype.updateAttachment = function(
    skeletonData,
    skinMap,
    skinName = 'default',
  ) {
    ...
    Object.keys(skinMap).forEach(slotName => {
      const slotIndex = skeletonData.findSlotIndex(slotName);
      if (slotIndex === -1) throw new PluginError(`Slot not found: ${slotName}`);
      const slotMap = skinMap[slotName];
      Object.keys(slotMap).forEach(entryName => {
        ...
        const attachment = this.readAttachment(
          slotMap[entryName],
          skin,
          slotIndex,
          entryName,
          skeletonData,
        );

        if (attachment !== null) {
          skin.addAttachment(slotIndex, entryName, attachment);
        }
      });
      
    });
    ...
    return updateSlotList;
  };

五、换动作功能实现

动作的处理，相比之下会比装扮要复杂一些，因为动作包含的信息更多，骨骼信息、插槽信息、附件信息和动画信息。

在开始实现之前，需要思考一个问题：数据对象是否需要更新？直接更新实例对象可行不？

答案是否定的，实际渲染的实例对象最初来源于数据对象，但是竟然实际渲染的是实例对象为啥还要去维护数据对象的更新呢？

这里出于两点考虑，一个是实际在创建附件的时候仍需要用到数据对象上的信息，一个是保持数据对象和实例对象的数据关系同步，防止两者割裂不利于后续维护。

针对动作，首先我们要更新骨骼信息：

1、更新boneData 以及 更新bone。
image.png
如上图所示，首先我们需要在skeletonData加入新增的boneData，接下来利用boneData构造出新的bone实例，新增到skeleton的bones中，由于bone的前后顺序并没有严格要求，只需要父骨骼在子骨骼之前被解析即可，因此新增的bone也可以直接push到数组后面即可。

2、更新插槽信息以及关联信息：

插槽信息的更新相比骨骼会复杂点，除了插槽本身的信息，还有插槽相关联的信息，且由于插槽顺序有严格限制，因此每个信息的更新都要按照插槽所在的index来插入。
image.png

如上图所示，我们需要在skeletonData中数组对应的index位置插入新增的slotData，同时创建slot实例插入到skeleton实例中的正确位置，由于当前属于新增插槽阶段，因此attachment为null，而slot最终渲染也是要检索skin的，因此skin中需要在对应位置新建一个空对象插入，由于slotData中本身记录了index信息，而新增的slotData会导致这些信息发生变化，以图中为例，newSlotData4中的index为4，slotData4的index更新为5，以此类推。

然而除了以上信息以外，slot还会影响两个地方，drawOrder以及container：
image.png

drawOrder在初始化时，是slots的浅复制，当有控制slot层次变化的动画存在时，会调整drawOrder中的顺序，改变当前的渲染层级，因此我们需要重新对drawOrder进行浅复制初始化，以保证slot数据一致。

container是pixijs上屏渲染每个slot中精灵对象的容器，更新container容器对象本质是为了用于上屏渲染，这种映射关系也是一一对应并且按照index顺序，因此需要在container数组中对应位置插入新的container对象。

3、更新skin上的附件实例映射：

类似的，我们需要更新skin上的附件实例映射，检索skin上对应的附件更新，基于前面两步，我们已经新建好了骨骼插槽等信息插入到正确的位置，接下来需要注册新的附件实例进skin中，这一步骤其实和切换装扮原理以及处理过程是类似的，这里不再赘述。

4、更新动画对象信息：

最后一步，我们需要更新动画对象信息，需要我们新建动画state对象，更新与原有的skeleton实例的绑定关系。

在底层扩展好更新方法，外部传入处理好的数据对象数据即可。

核心逻辑如下：

   ...
    const skeletonData = skeletonJsonParser.updateAnimation(
      this.sprite.spineData,
      renderResource.data.animations,
    );
    this.sprite.updateAnimationState(skeletonData);
    this.sprite.actionNames = Object.keys(renderResource.data.animations); 
Spine.prototype.updateAnimationState = function(skeletonData) {
    this.stateData = new core.AnimationStateData(skeletonData);
    this.state = new core.AnimationState(this.stateData);
    return this;
};

六、遇到的坑

1、渲染数据走缓存 要清空缓存

slot再每次渲染的时候，都会检查attachment，而每次渲染的时候都会判断attachmentName是否发生变化，以及检索附件缓存hash，然而我们需要更新同一个插槽的同名装扮，因此，需要我们手动清空缓存，触发渲染更新。

     ...
      updateSlotList.forEach(({ slotIndex, attachmentName }) => {
        that.sprite.skeleton.slots[slotIndex].data.attachmentName = attachmentName;
        // 重新设置为空触发更新
        that.sprite.skeleton.slots[slotIndex].currentSpriteName = '';
        that.sprite.skeleton.slots[slotIndex].sprites = {};
        that.sprite.skeleton.slots[slotIndex].currentMeshName = '';
        that.sprite.skeleton.slots[slotIndex].meshes = '';
      });
      that.sprite.skeleton.setToSetupPose();
      ...

2、slot index影响多个地方 要多个地方同步

正如第五点所介绍的，在更新动作过程中，由于插槽信息关联多个信息，需要我们去同步更新，且index位置严格按照位置关系处理，不可打乱。因此我们需要更新slotData、slotData中的index、slots、drawOrder、查询映射的skin以及container。

3、drawOrder是新的数组对象 不能直接复用slots

由前面介绍的可知，drawOrder是slots的浅复制，因此，我们不能简单粗暴直接进行赋值操作，而是要老老实实复制一下slots数组。

this.sprite.skeleton.drawOrder = this.sprite.skeleton.slots.map(slot => slot);

4、拔出skins的时候要从大index开始

由于skins最初是没有对应的检索附件对象的，因此我们创建了新的空对象，但是在拔出的时候，为了保证顺序不被交叉影响，因此在拔出skin中对象的时候，我们需要从后往前拔除。

5、flipX、flipY不兼容、mesh兼容问题
6、默认取首个附件为默认附件渲染

七、总结

本文章总结了Spine渲染整体流程，并基于当前Spine运行库，针对性地实现换装换动作功能，在原有pixi-spine上进行扩展，以满足业务需要，同时，深入分析了换装换动作功能的具体实现以及实现过程中的坑点。

感谢观看~


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