ControlRig 程序化动画¶

本页介绍 TongSIM 风格角色使用 Unreal ControlRig 实现的“程序化步态/行走”设计，主要用于：

人形/多足生物的自然行走节奏
结合 IK 的地形自适应（落脚点预测 + 脚底锁定）
与行为树或学习策略结合，实现可控的实时姿态

适用范围

TongSIM Lite 的 gRPC API 主要用于 Gameplay 层面的 actor 控制；本页聚焦 UE 内部的角色动画/ControlRig 结构，用于构建可用于仿真的角色表现。

设计目标¶

地形自适应：支撑期脚底稳定，结合 IK 贴合地面
步态可组合：通过相位偏移与分组配置不同步态风格
速度信号稳定：使用平滑后的速度驱动步态频率/步长
可控参数暴露：为 AI 提供速度、转向、相位等控制入口

速度估计（平滑）¶

一个可靠的步态控制需要稳定的速度信号。

推荐流程：

由连续两帧的平移差计算 原始速度（除以 DeltaTime）。
每帧用弹簧插值/临界阻尼等方式对速度进行平滑。

为什么要平滑

角色移动速度会受碰撞、坡度修正、插值等影响产生噪声；平滑后可避免步态频繁抖动和突变。

步态周期：摆动与支撑¶

每条腿使用归一化周期 progress ∈ [0, 1)：

Swing（摆动）：progress ∈ [0, swing_percent) — 脚从当前点移动到下一落点
Stance/Lock（支撑/锁定）：progress ∈ [swing_percent, 1) — 脚在世界空间保持稳定

多足角色可为每条腿设置 相位偏移（phase offset） 来实现错峰节奏（例如六足的 6 个 offset）。

落脚预测¶

如果脚仅落在身体“当前正下方”，身体前进后脚会显得滞后。对落脚点做“向前预测”可以更接近真实生物的行走表现。

给定：

current_percent：当前周期位置
swing_percent：摆动占比
cycle_duration：周期时长（秒）
velocity：平滑后的身体速度（world space）

predict_percent  = clamp(swing_percent - current_percent, 0.0, 1.0) + (1 - swing_percent) / 2
predict_time     = predict_percent * cycle_duration
predicted_offset = velocity * predict_time

直观理解

predict_percent 由“剩余摆动时间 + 支撑期前半段”组成，用于估计身体处于支撑中段时的位置。

摆动轨迹与脚底锁定¶

实践建议：

摆动轨迹：用曲线/样条控制高度（中段最高）并在起落点平滑过渡。
支撑阶段：将脚锁定在世界空间，同时每帧解 IK 以贴合地面。
地形采样：对预测目标点做向下射线检测得到地面点与法线。

平衡与身体控制¶

多足：保持重心位于支撑多边形内（由腿分组定义）。
人形：结合骨盆/脊柱控制器，必要时叠加 LookAt 约束来稳定上半身。

参数建议¶

参数	常见范围	说明
`swing_percent`	0.4–0.7	越大越“轻快”，越小越“沉稳”
`cycle_duration`	0.3–1.2s	随物种与速度调整
`step_height`	2–12cm	过高会显得飘
`phase_offsets`	每条腿独立	用于制造错峰节奏
`lock_blend`	0–1	脚底锁定的平滑权重

在本仓库中如何定位¶

角色相关资源（骨骼/动画/ControlRig）：unreal/Content/TongSim/Characters/
相关运行系统（Gameplay/角色控制）：unreal/Plugins/TongSimCore/Source/TongSimGameplay/

下一步： UE 打包与部署