UnityボーンポーズをBlenderで読み込む(Unity,Blender座標変換まとめ)

はじめに

Unityでつけたボーンポーズを出力して、
Blenderのボーンポーズに適用するスクリプトを作成しました。

Blenderのボーンウェイトの調整の時、
Unityの物理演算で設定されたポーズにしたかったのが目的です。

手順

以下方針で行います。

Unityのボーンの同次変換行列をJSONで出力するスクリプトを作成
BlenderでJSONを読み込みポーズモードでボーンを設定するスクリプトを作成

次のようなサンプルで説明します。

注意

rootボーンのポーズを設定しても無視されます

Unity

MiniJSON.csをダウンロード
AssertsにPluginsフォルダを作成し、MiniJSON.csを配置
以下スクリプトを作成しGameObjectにAddComponentする

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using System.Linq;
using System;
using MiniJSON;

public class ExportUnityBones : MonoBehaviour
{
    [SerializeField]
    List<GameObject> bones = null;
    [SerializeField]
    string filename = "UnityBonePoses.json";

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))
        {
            // localToWorldMatrix -> List
            var bonesList = new Dictionary<string, List<List<float>>>();
            foreach (GameObject bone in bones)
            {
                Matrix4x4 H = bone.transform.localToWorldMatrix;
                var rows = new List<List<float>>();
                foreach (int i in Enumerable.Range(0, 4))
                {
                    var row = new List<float>();
                    foreach (int j in Enumerable.Range(0, 4))
                    {
                        row.Add(H[i, j]);
                    }
                    rows.Add(row);
                }
                bonesList.Add(bone.name, rows);
            }

            Debug.Log($"Export:{System.IO.Path.GetFullPath(filename)}");
            string json = Json.Serialize(bonesList);
            using (var f = new System.IO.StreamWriter(filename))
            {
                f.Write(json);
            }
        }
    }
}

出力したいボーン親を右クリック>Select Children で子を選択
ExportUnityBones.csのBonesにドラッグアンドドロップ
ExportUnityBones.csのFilenameに出力ファイル名を指定

Playしてポーズを設定した後スペースキーを押すと出力

Blender

Scripting Workspaceに切り替え
以下スクリプトを作成

import bpy
from mathutils import Matrix
import json
import os

def main():
    filename = 'UnityBonePoses.json'

    H_BBld_BUnt = Matrix([
        [-1, 0, 0, 0],
        [0, 1, 0, 0],
        [0, 0, 1, 0],
        [0, 0, 0, 1]
    ])

    H_BUnt_BBld = H_BBld_BUnt.inverted()

    print('import '+ os.path.abspath(filename))
    with open(filename) as f:
        unity_bones = json.load(f)

    bpy.context.view_layer.objects.active = bpy.data.objects['Armature']
    bpy.ops.object.mode_set(mode='EDIT')
    edit_bones = bpy.data.objects['Armature'].data.edit_bones
    pose_bones = bpy.data.objects['Armature'].pose.bones

    for bone_name, unity_bone_matrix in unity_bones.items():
        if bone_name not in pose_bones:
            continue
        bone = pose_bones[bone_name]
        parent_bone = bone.parent
        if not parent_bone or parent_bone.name not in unity_bones:
            continue

        child_edit_bone = edit_bones[bone_name]
        parent_edit_bone = child_edit_bone.parent

        H_WBld_BBldEdtChdHed = child_edit_bone.matrix
        H_BBldEdtChdHed_WBld = H_WBld_BBldEdtChdHed.inverted()
        H_WBld_BBldEdtPntHed = parent_edit_bone.matrix
        H_BBldEdtPntHed_WBld = H_WBld_BBldEdtPntHed.inverted()

        H_BBldEdtPntHed_BBldEdtChdHed = H_BBldEdtPntHed_WBld @ H_WBld_BBldEdtChdHed
        T_BBldEdtPntHed_BBldEdtPntTil = Matrix.Translation(H_BBldEdtPntHed_BBldEdtChdHed.to_translation())

        H_BBldPosChdOrg_BBldPosPntTil = H_BBldEdtChdHed_WBld @ H_WBld_BBldEdtPntHed @ T_BBldEdtPntHed_BBldEdtPntTil

        H_WUnt_BUntPosChdHed = Matrix(unity_bone_matrix)
        H_BUntPosPntHed_WUnt = Matrix(unity_bones[parent_bone.name]).inverted()

        H_BUntPosPntHed_BUntPosChdHed = H_BUntPosPntHed_WUnt @ H_WUnt_BUntPosChdHed
        T_BUntPosPntTil_BUntPosPntHed = Matrix.Translation(-1 * H_BUntPosPntHed_BUntPosChdHed.to_translation())            

        H_BBldPosPntTil_BBldPosChdHed = H_BBld_BUnt @ T_BUntPosPntTil_BUntPosPntHed @ H_BUntPosPntHed_BUntPosChdHed @ H_BUnt_BBld
        
        H_BBldPosChdOrg_BBldPosChdHed = H_BBldPosChdOrg_BBldPosPntTil @ H_BBldPosPntTil_BBldPosChdHed

        bone.matrix_basis = H_BBldPosChdOrg_BBldPosChdHed
        bpy.context.view_layer.update() # update bone pose

    bpy.ops.object.mode_set(mode='POSE')

main()
print('end\n')

filenameにUnityで出力したファイルを指定
Run Scriptを押すとPose ModeのボーンがUnityで設定したポーズになる

解説

UnityとBlender間の座標変換式について解説します。
座標変換については、https://yu00.hatenablog.com/entry/2022/07/11/103954
を参照ください。

略字

: ワールド座標
: ボーンローカル座標
: Blender
: Unity
: Blender Edit Mode
: Blender Pose Mode
: Parent Bone
: Child Bone
: Bone Head
: Bone Tail

基本方針

適用順によってポーズが変わらないように、
Blenderのbpy.types.PoseBone.matrix_basisに適用します。
Pose Mode Parent Tail Bone座標から見て
ポーズ適用前の座標をPose Mode Child Origin Bone座標、
ポーズ適用後の座標をPose Mode Child Head Bone座標とすると、
matrix_basisは、Pose Mode Child Head Bone座標から
Pose Mode Child Origin Bone座標への同次変換行列
です。