我已经阅读了几篇关于 OpenGL 中骨骼动画的教程，它们似乎都一心一意地使用四元数进行旋转，使用 3d 矢量进行平移，而不是矩阵。
但是当他们进入顶点蒙皮过程时，他们将所有四元数和 3d 向量组合成一个 4x4 矩阵，然后上传矩阵以在着色器中进行其余的计算。4x4 矩阵有 16 个元素，而四元数 + 3d 向量只有 7 个。那么为什么我们要在上传之前将它们转换为 4x4 矩阵呢？
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因为只有两个 4×4 矩阵，每个骨骼一个顶点被分配和加权，你只需要做两个 4 向量 4×4 矩阵乘法和一个加权和。
与此相反，如果您作为单独的四元数和翻译提交，则必须执行两个 3 向量 3×3 矩阵乘法加上四个 3 向量 3 向量加法和加权和的等价。要么首先将四元数转换为旋转矩阵，然后再转换为 3 向量 3×3 矩阵乘法，或者直接进行 3 向量四元数乘法，计算量大致相同。之后，您必须使用模型视图矩阵进行后乘。
完全可以使用 4 元素向量 uniform 作为四元数，但是您必须在顶点着色器中链接大量计算：首先将顶点旋转两个四元数，然后对其进行平移，然后将其与模型视图矩阵相乘. 通过简单地上传两个在着色器中加权的变换矩阵，您可以在 GPU 上节省大量计算。在 CPU 上执行四元数矩阵乘法只对每个骨骼执行一次计算，而在着色器中执行它会针对每个单个顶点执行计算。如果您必须使用不同的输入日期进行大量相同的计算，那么 GPU 非常棒。但是，如果您只需要计算少数几个值，它们会被大量数据重用，那么它们就很糟糕了。然而，CPU 喜欢这种任务。
由 4×4 矩阵表示的齐次变换的好处是，单个矩阵可以包含整个变换链。如果将旋转和平移分开，则必须按顺序执行整个操作链。只有一次旋转和平移，它比单个 4×4 矩阵变换的操作少。添加一个转换，您就达到了收支平衡。
即使在应用于网格的骨架姿势中，变换矩阵也是相同的对于所有顶点。假设网格在一对骨骼周围有 100 个顶点（这是一个很小的数字，顺便说一句），那么您必须对每个顶点进行上述计算，浪费宝贵的 GPU 计算周期。为了什么？确定一些 32 个标量值（或 8 个 4 向量）。现在比较一下：100 个 4 向量（如果您只考虑顶点位置）与仅 8 个。这是在着色器中处理四元数姿势所施加的计算开销的数量级。在 CPU 上计算一次，然后将其分配给预先计算好的 GPU，以便在基元之间共享。如果你编码正确，单个矩阵列的整个计算将很好地适应 CPU 管道，使得它的性能大大优于每次并行化它的尝试。并行化不是免费的！
于 2013-03-29T13:30:39.057 回答
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在现代 GPU 中，上传到常量缓冲区的数据格式没有限制。
当然，您需要以不同的方式编写顶点着色器，以便使用四元数而不是矩阵进行蒙皮。事实上，我们在引擎中使用了双四元数蒙皮。
请注意，旧的固定功能硬件蒙皮确实只适用于矩阵，但那是很久以前的事了。
于 2013-03-29T13:26:22.327 回答