叠加动画原理细节
叠加动画常用于战斗受击、射击抖动、AO等。其作用是能同时两个动画的表现，如角色在跑步的时候受击，跑动动画是不能停的同时也要有被击中的抽搐表现；又如角色瞄准的时候射击，射击会因为武器的后坐力让角色躯体发生抖动，而角色也会下意识地维持着瞄准动作……叠加动画几乎占据角色动画逻辑的一大部分，不过似乎很少人讨论有关叠加动画的技术细节。本以UE实现方法为例，意在分析叠加动画的原理和一些细节。
基本原理
不管是Unity、UE还有大部分现代游戏引擎，动画系统的实现都少不了叠加动画，不过他们使用方法都不大一样。UE1因为有动画蓝图的存在，叠加动画可以让动画TA以任意的前后逻辑叠加。Unity2和CryEngine3则通过动画层的方法，让叠加动画放置在一个单独的动画层上。
当然实际上叠加动画的实现都几乎相同，用比较粗浅的描述，就是把一个基础的动画为底，”加“上别的表演动画，而表现动画常常不是通过美术制作出来的，是通过表现动画本身，在”减“去基础姿势得出的。
以ALS4的实现为例，这个动画框架本身实现了一个较为复杂的分层（将头、腰、腿、手都分了叠加层），但是它的最终混合实现都是：Overlay + (BasePose - BaseInput) = Output。框架中的分层结构是以Overlay作为最基础动作，BasePose即Locomotion动作，减去BaseInput即Idle单帧动作，求出叠加动作，然后Overlay加上刚刚的叠加动作，得到最终动画。如图所示：
ALS的分层叠加流程
以动画的矩阵乘法来看，”+“是矩阵变换，即基础动画S左乘叠加动画A。”-“则是基础动画S左乘参考动画R的逆，即$SR^-1$。一般来说都会把矩阵拆分为SQT来进行运算，一个是为了性能，一个是为了插值，见游戏引擎架构5。
\[D_j = S_jR_j^-1 \tag{1}\] \[A_j = D_jTj = (S_jR_j^-1)T_j \tag{2}\]其中$D_j$是计算出来的叠加动画，$S_j$是叠加源动画，$R_j$是参考动画。$A_j$是最终应用的叠加动画，$T_j$是被应用的基础动画。
Mesh Additive和Local Additive
叠加动画中，UE区分了Mesh Addiive和Local Additive。Local Additive就是最常规的按父骨骼叠加，也是最普遍的一种叠加方式。有趣的是UE提供了Mesh Additive的叠加方式，这是非常有用的一项特性，在官方例子中广泛应用，不过很多时候动画TA都知道其然不知到其所以然。
官方解释
官方文档6中使用了AimOffset作为举例，描述了Mesh Additive的应用。此例子突出了在使用AO的时候通过Mesh Additive方式，让角色的倾斜动画（Lean）不会影响到正常瞄准方向：
带倾斜动画
倾斜动画带AimOffset的Local Additive叠加，瞄准方向会随着倾斜角度偏移
倾斜动画带AimOffset的Mesh Additive叠加，瞄准方向不会随着倾斜角度偏移
官方AimOffset例子
官方例子是个应用，原理表述上实在模糊。不理解其原理，也没法对这项技术举一反三。
源码分析
本文公式（1）中是生成叠加动画的原理，在UE中其主要源码如下：
上面这代码是Make Dynamic Additive节点的逻辑，AnimSequence实际上生成的叠加动画也是一样的逻辑。
可以看到bMeshSpaceAdditive为是否使用MeshAdditive的标志位，Mesh Space Additive的区别就是变换的Rotation部分会转换成Mesh空间，即模型空间。
上图是Apply Mesh Additive动画节点的主要源码部分，可见Local Additive与Mesh Additive的区别在于：把矩阵的旋转部分在叠加运算前，转换到Mesh空间。更细节解释，Local Additive是把叠加动画的运算是直接在本地空间做的，而Mesh Additive是在Mesh空间做的。
源码的解释可以说是简单直接了，就是运算空间的不一样。但是即使Local Additive还是Mesh Additive，骨骼计算完叠加动画后，依然会受到父骨骼的影响，直觉来说Mesh Additive不会产生官方例子解释的这种情况——AO不受倾斜影响。
简化模型实例
用线性代数，通过运算的方式来解释上述情况不是难事，不过也不大直观。我这里通过一个简化的动画运算模型，来描述Mesh Additive期间运算流程，就知道为什么会产生官方文档的应用效果了。
下图是简化模型的动画蓝图逻辑，过程就是：TPose动画根据Rotation自动递增旋转，并且以MeshSpace叠加Yaw+90的H手部骨骼Hand_L动画。
叠加动画的简化模型
下图是实际执行动画。在Tpose情况下，左手在Mesh空间叠加Pitch90°，脊椎Yaw持续递增。我们可以看到左手掌心朝向始终不变，以局部坐标来看的话，就是左手的-Y轴朝向始终不变。
掌心朝向始终不变
如果把左手的Roll去掉呢？可以发现这时候手部骨骼Y轴是始终朝上，也就手部的Y轴不受到角色脊椎的Yaw结果的影响。
去掉手部骨骼的Pitch，Y轴朝向始终不变
我们根据下图梳理一下整个过程：A.当脊椎骨骼旋转20°——B.准备以MeshSpace旋转左手骨骼，可见都是以Mesh坐标的Pitch平面来旋转的——C.根据B描述，Pitch+90。在D阶段，Y轴始终朝向不会被A影响。假如去掉C也是一样的，只是本身朝向不一样。因此，对于手部的MeshSpace Additive，因为手部的Y轴朝向跟脊椎的旋转轴一样，其Y轴朝向不会受到角色脊椎Yaw的影响。
两个旋转变换可见MeshSpace Additive的作用
综合结论：基础动画的任意单轴方向旋转(Roll, Pitch, Yaw)不会影响子骨骼在MeshSpace下的单轴方向(X, Y, Z)，同时在子骨骼叠加MeshSpace的骨骼旋转，原来的单轴方也不会改变。官方例子中，1主要是产生MeshSpace下的Roll旋转（如图红轴），子骨骼叠加的X方向将不受父骨骼Roll的任意旋转影响，从而产生3的结果，提高AO动画稳定性。
开放来说，Mesh Space能提高躯干动画的稳定性。以ALS为例，躯干这里指的是头、腰、腿的人体直立部分。手臂因为是LocalSpace的不在此讨论。通过ALS提供的动画观察，持械和步行动画的Z轴（对于Mesh空间是Roll X轴）朝向的变动比较小，以人体骨骼运动来说，躯干关节都以Roll运动为主。以框架来说，Overlay和BasePose的躯干部分的前后方运动，Spine的Yaw、Lean和头部追踪等会影响Roll朝向的都是额外模块的，所以动画都以Roll为主。所以Overlay动画基本上Roll朝向不变能满足绝大部分动画情况。而步行可能有侧移之类的。
Mesh Space Additive则能起到此作用：Overlay的躯干运动Roll朝向不变，BasePose的叠加Roll朝向则不受Overlay任意动画的影响。
Overlay动画和BasePose动画的膝盖Z轴几乎不怎么变化
Mesh Space Additive不知道算不算是UE引擎特有的一项特性，不过活用此项特性，确实能提高叠加动画在某方向上的稳定性，对于做混合动画逻辑、程序化动画逻辑都十分有用。
参考
Unreal Engine Apply Additive: https://docs.unrealengine.com/5.3/en-US/animation-node-technical-guide-in-unreal-engine/#poseinputs ↩
Unity Animation Layer: https://docs.unity3d.com/Manual/AnimationLayers.html ↩
CryEngine Additive Animation: https://docs.cryengine.com/display/CEMANUAL/Additive+Animations ↩
Advanced Locomotion System: https://github.com/dyanikoglu/ALS-Community#advanced-locomotion-system—community-version ↩
游戏引擎架构【美】Jason Gregory(杰森.格雷戈瑞)，章节11.6.5，译本490页 ↩
Mesh Space Additive: https://docs.unrealengine.com/5.3/en-US/aim-offset-in-unreal-engine/#meshspaceadditive ↩