diff options
Diffstat (limited to 'docs/specs/msh-animation.md')
| -rw-r--r-- | docs/specs/msh-animation.md | 510 |
1 files changed, 461 insertions, 49 deletions
diff --git a/docs/specs/msh-animation.md b/docs/specs/msh-animation.md index 811fa00..ccfac35 100644 --- a/docs/specs/msh-animation.md +++ b/docs/specs/msh-animation.md @@ -1,105 +1,517 @@ # MSH animation -Документ описывает анимационные ресурсы MSH: `Res8`, `Res19` и runtime-интерполяцию. +Документ фиксирует анимационную часть формата MSH (`Res8`, `Res19`) и runtime-алгоритм сэмплирования/смешивания, необходимый для 1:1 совместимого движка и toolchain (reader/writer/converter/editor). + +Связанные документы: +- [MSH core](msh-core.md) — общая структура модели и `Res1`/`Res2`. +- [NRes / RsLi](nres.md) — контейнер и атрибуты записей. --- -## 1.13. Ресурсы анимации: Res8 и Res19 +## 1. Область и источники + +Спецификация основана на: +- `tmp/disassembler1/AniMesh.dll.c` (псевдо-C): `sub_10015FD0`, `sub_10012880`, `sub_10012560`. +- `tmp/disassembler2/AniMesh.dll.asm` (ASM): подтверждение x87-пути (`FISTP`) и ветвлений. +- `tmp/disassembler1/Ngi32.dll.c` (псевдо-C): `sub_10002F90`, `sub_10014540`, `sub_10014630`, `sub_10015D80`, `sub_10017E60`, `sub_10017F50`, `sub_10006D00`, `niGetProcAddress`. +- `tmp/disassembler2/Ngi32.dll.asm` (ASM): подтверждение таблицы `g_FastProc` и FPU control-word setup. +- валидации corpus (`testdata`): 435 моделей `*.msh`. -- **Res8** — массив анимационных ключей фиксированного размера 24 байта. -- **Res19** — `uint16` mapping‑массив «frame → keyIndex` (с per-node смещением). +Ниже разделено на: +- **Нормативно**: обязательно для runtime-совместимости. +- **Канонично**: как устроены исходные ассеты; важно для детерминированного writer/editor. + +--- -### 1.13.1. Формат Res8 (ключ 24 байта) +## 2. Ресурсы и поля модели + +### 2.1. Res8 — key pool (нормативно) + +`Res8` — массив ключей фиксированного шага 24 байта. ```c struct AnimKey24 { - float posX; // +0x00 - float posY; // +0x04 - float posZ; // +0x08 - float time; // +0x0C - int16_t qx; // +0x10 - int16_t qy; // +0x12 - int16_t qz; // +0x14 - int16_t qw; // +0x16 + float pos_x; // +0x00 + float pos_y; // +0x04 + float pos_z; // +0x08 + float time; // +0x0C + int16_t qx; // +0x10 + int16_t qy; // +0x12 + int16_t qz; // +0x14 + int16_t qw; // +0x16 }; ``` Декодирование quaternion-компонент: ```c -q = s16 * (1.0f / 32767.0f) +float q = (float)s16 * (1.0f / 32767.0f); ``` -### 1.13.2. Формат Res19 +Атрибуты NRes: +- `attr1 = size / 24` (количество ключей). +- `attr2 = 0` (в observed corpus). +- `attr3 = 4` (не stride; это фактический runtime-инвариант формата). + +### 2.2. Res19 — frame->segment map (нормативно) -Res19 читается как непрерывный массив `uint16`: +`Res19` — непрерывный `uint16` массив: ```c -uint16_t map[]; // размер = size(Res19)/2 +uint16_t map_words[]; // count = size / 2 ``` -Per-node управление mapping'ом берётся из заголовка узла Res1: +Атрибуты NRes: +- `attr1 = size / 2` (число `uint16` слов). +- `attr2 = animFrameCount` (глобальная длина таймлайна модели в кадрах). +- `attr3 = 2`. + +### 2.3. Связь с Res1 node header (нормативно) + +Для `Res1` со stride 38 (основной формат): +- `hdr2` (`node + 0x04`) = `mapStart` (`0xFFFF` => map для узла отсутствует). +- `hdr3` (`node + 0x06`) = `fallbackKeyIndex` (индекс ключа в `Res8`). + +Runtime читает эти поля напрямую в `sub_10012880`. + +### 2.4. Поля runtime-модели, задействованные анимацией (нормативно) + +Инициализация в `sub_10015FD0`: +- `model+0x18` -> `Res8` pointer. +- `model+0x1C` -> `Res19` pointer. +- `model+0x9C` <- `NResEntry(Res19).attr2` (`animFrameCount`). + +--- + +## 3. Runtime-сэмплирование узла (`sub_10012880`) + +Функция возвращает: +- quaternion (4 float) в буфер `outQuat`, +- позицию (3 float) в `outPos`. + +Вход: +- `t` — sample time. +- текущий `nodeIndex` берётся из runtime-объекта (не из аргумента). + +### 3.1. Вычисление frame index (нормативно) + +Алгоритм: +1. `x = t - 0.5`. +2. `frame = x87 FISTP(x)` (через 64-битный промежуточный буфер). + +Важно: +- это не «просто floor»; +- поведение зависит от x87 control word. -- `node.hdr2` (`Res1 + 0x04`) = `mapStart` (`0xFFFF` => map отсутствует); -- `node.hdr3` (`Res1 + 0x06`) = `fallbackKeyIndex` и одновременно верхняя граница валидного `map`‑значения. +В оригинальном runtime control word приводится к каноничному виду в `Ngi32::sub_10006D00`: +- `cw = (cw & 0xF0FF) | 0x003F`; +- это даёт `round-to-nearest` (RC=00), precision control `PC=00` и маскирование x87-исключений. -### 1.13.3. Выбор ключа для времени `t` (`sub_10012880`) +Если нужен byte/behavior 1:1, надо повторить именно x87-ветку или её точный эквивалент. -1) Вычислить frame‑индекс: +### 3.2. Выбор `keyIndex` (нормативно) ```c -frame = (int64)(t - 0.5f); // x87 FISTP-путь +node = Res1 + nodeIndex * 38; +mapStart = u16(node + 4); // hdr2 +fallback = u16(node + 6); // hdr3 + +if ((uint32_t)frame >= animFrameCount + || mapStart == 0xFFFF + || map_words[mapStart + (uint32_t)frame] >= fallback) { + keyIndex = fallback; +} else { + keyIndex = map_words[mapStart + (uint32_t)frame]; +} ``` -Для строгой 1:1 эмуляции используйте именно поведение x87 `FISTP` (а не «упрощённый floor»), т.к. путь в оригинале опирается на FPU rounding mode. +Критично: +- runtime не проверяет bounds у `fallback` и `mapStart + frame`; некорректные данные приводят к OOB. + +### 3.3. Сэмплирование ключей (нормативно) + +`k0 = Res8[keyIndex]`. + +Ветки: +1. fallback-ветка из п.3.2: возвращается строго `k0` (без `k1`). +2. map-ветка: + - если `t == k0.time` -> вернуть `k0`; + - иначе берётся `k1 = Res8[keyIndex + 1]`; + - если `t == k1.time` -> вернуть `k1`; + - иначе: + - `alpha = (t - k0.time) / (k1.time - k0.time)`; + - `pos = lerp(k0.pos, k1.pos, alpha)`; + - `quat = fastproc_interp(k0.quat, k1.quat, alpha)` (`g_FastProc[17]`). + +Сравнение `t == key.time` строгое (битовая float-эквивалентность по FPU compare), без epsilon. + +### 3.4. Порядок quaternion-компонент в runtime (нормативно) + +В `Res8` компоненты лежат как `qx,qy,qz,qw`, но в runtime-буферы они попадают в порядке: +- `outQuat[0] = qw`; +- `outQuat[1] = qx`; +- `outQuat[2] = qy`; +- `outQuat[3] = qz`. -2) Проверка условий fallback: +То есть все `g_FastProc`-пути в анимации работают с quaternion в порядке `float4 = [w, x, y, z]`. -- `frame >= model.animFrameCount` (`model+0x9C`, из `NResEntry(Res19).attr2`); -- `mapStart == 0xFFFF`; -- `map[mapStart + frame] >= fallbackKeyIndex`. +--- + +## 4. Runtime-смешивание двух сэмплов (`sub_10012560`) + +`sub_10012560(this, tA, tB, blend, outMatrix4x4)` смешивает две позы. + +### 4.1. Валидация входов (нормативно) + +Выбор доступных сэмплов: +- `hasA = (blend < 1.0f) && (tA >= 0.0f)`. +- `hasB = (blend > 0.0f) && (tB >= 0.0f)`. + +Ветки: +- только `hasA`: матрица из A. +- только `hasB`: матрица из B. +- оба: полноценное смешивание. +- ни одного: в оригинале путь не защищён (caller contract). + +### 4.2. Смешивание quaternion (нормативно) + +Перед интерполяцией выполняется shortest-path flip: + +```c +if (|qA + qB|^2 < |qA - qB|^2) { + qB = -qB; +} +``` + +Далее: +- `q = fastproc_blend(qA, qB, blend)` (`g_FastProc[22]`); +- `outMatrix = quat_to_matrix(q)` (`g_FastProc[14]`). + +### 4.3. Смешивание translation (нормативно) + +Позиция смешивается отдельно: + +```c +pos = (1-blend) * posA + blend * posB; +outMatrix[3] = pos.x; +outMatrix[7] = pos.y; +outMatrix[11] = pos.z; +``` + +(`sub_1000B8E0` подтверждает, что используются именно эти ячейки). + +### 4.4. Точные `g_FastProc[14/17/22]` (нормативно) + +`niGetProcAddress(i)` в `Ngi32` возвращает `g_FastProc[i]` (таблица function pointers). +В `AniMesh` используются: +- `call [g_FastProc + 0x38]` -> index 14 -> `quat_to_matrix`. +- `call [g_FastProc + 0x44]` -> index 17 -> `quat_interp`. +- `call [g_FastProc + 0x58]` -> index 22 -> `quat_blend`. + +Связь с символами `Ngi32` (по адресам таблицы): +- `g_FastProc` base = `0x1003A058`; +- index 14 -> `0x1003A090`; +- index 17 -> `0x1003A09C`; +- index 22 -> `0x1003A0B0`. + +Назначения по CPU-веткам (`sub_10002F90`) и семантика: +- scalar path: `14=sub_10017E60` (или `sub_10014540`), `17=22=sub_10017F50` (или `sub_10014630`); +- SIMD path (`dword_1003A168`): `14=sub_1001D830`, `17=22=sub_10015D80`; +- все варианты эквивалентны по математике. + +Точная формула `quat_to_matrix` для `q=[w,x,y,z]`: + +```c +m[0] = 1 - 2*(y*y + z*z); +m[1] = 2*(x*y + w*z); +m[2] = 2*(x*z - w*y); +m[3] = 0; + +m[4] = 2*(x*y - w*z); +m[5] = 1 - 2*(x*x + z*z); +m[6] = 2*(y*z + w*x); +m[7] = 0; + +m[8] = 2*(x*z + w*y); +m[9] = 2*(y*z - w*x); +m[10] = 1 - 2*(x*x + y*y); +m[11] = 0; + +m[12] = 0; +m[13] = 0; +m[14] = 0; +m[15] = 1; +``` -Если любое условие истинно: +Точная формула `quat_interp`/`quat_blend` (`index 17` и `22`, один и тот же алгоритм): ```c -keyIndex = fallbackKeyIndex; +float dot = dot4(q0, q1); +float sign = 1.0f; +if (dot < 0.0f) { dot = -dot; sign = -1.0f; } + +float w0, w1; +if (1.0f - dot <= 9.9999997e-6f) { + w0 = 1.0f - a; + w1 = a; +} else { + float theta = acos(dot); + float inv_sin_theta = 1.0f / sin(theta); + w1 = sin(a * theta) * inv_sin_theta; + w0 = cos(a * theta) - w1 * dot; +} +w1 *= sign; +out = w0 * q0 + w1 * q1; ``` -Иначе: +Примечание: явной нормализации `out` в конце нет; используется закрытая форма SLERP-весов. + +Reference pseudocode: ```c -keyIndex = map[mapStart + frame]; +void blend_pose(Model *m, float tA, float tB, float blend, float out_m[16]) { + bool hasA = (blend < 1.0f) && (tA >= 0.0f); + bool hasB = (blend > 0.0f) && (tB >= 0.0f); + + float qA[4], qB[4], pA[3], pB[3]; + if (hasA) sample_node_pose(m, m->node_index, tA, qA, pA); + if (hasB) sample_node_pose(m, m->node_index, tB, qB, pB); + + if (hasA && !hasB) { quat_to_matrix(qA, out_m); set_translation(out_m, pA); return; } + if (!hasA && hasB) { quat_to_matrix(qB, out_m); set_translation(out_m, pB); return; } + // !hasA && !hasB: undefined by design, caller does not use this path. + + if (dot4(qA + qB, qA + qB) < dot4(qA - qB, qA - qB)) negate4(qB); + float q[4]; + fastproc_quat_blend(qA, qB, blend, q); // g_FastProc[22] + quat_to_matrix(q, out_m); // g_FastProc[14] + + float p[3]; + p[0] = (1.0f - blend) * pA[0] + blend * pB[0]; + p[1] = (1.0f - blend) * pA[1] + blend * pB[1]; + p[2] = (1.0f - blend) * pA[2] + blend * pB[2]; + out_m[3] = p[0]; + out_m[7] = p[1]; + out_m[11] = p[2]; +} ``` -3) Сэмплирование: +--- + +## 5. Каноническая модель данных для toolchain + +Ниже правила, по которым удобно строить editor/writer. Они верифицированы на corpus (435 моделей), и совпадают с тем, как устроены оригинальные ассеты. + +### 5.1. Декомпозиция key pool на track-и узлов (канонично) + +Для `Res1` stride 38: +- `fallback_i = node[i].hdr3`. +- `start_i = (i == 0) ? 0 : (fallback_{i-1} + 1)`. +- track узла `i` = `Res8[start_i .. fallback_i]`. + +Наблюдаемые инварианты: +- `fallback_i` строго возрастает по `i`. +- track всегда непустой (`fallback_i >= start_i`). +- для узлов без map (`hdr2 == 0xFFFF`) track длиной ровно 1 ключ. +- для узлов с map track длиной минимум 2 ключа. + +### 5.2. Временная ось ключей (канонично) + +В observed corpus: +- `time` всех ключей — целые неотрицательные float (`0.0, 1.0, ...`). +- внутри track: строго возрастают. +- `time(start_i) == 0.0` у каждого узла. +- глобальный `Res19.attr2 == max_i(time(fallback_i)) + 1`. + +### 5.3. Компоновка Res19 map-блоков (канонично) + +Если `Res19.size > 0`: +- map-блоки есть только у узлов с `hdr2 != 0xFFFF`; +- длина блока каждого такого узла: `frameCount = Res19.attr2`; +- блоки идут подряд, без дыр и overlap; +- итог: `Res19.attr1 == animated_node_count * frameCount`. + +Если модель статическая: +- `Res19.size == 0`, `Res19.attr1 == 0`, `Res19.attr2 == 1`, `Res19.attr3 == 2`; +- у всех узлов `hdr2 == 0xFFFF`. -- `k0 = Res8[keyIndex]` -- `k1 = Res8[keyIndex + 1]` (для интерполяции сегмента) +### 5.4. Семантика `map_words[f]` в каноничном writer -Пути: +Для кадра `f` и track `keys[start..end]`: +- если `f < keys[start].time` или `f >= keys[end].time` -> писать `fallback = end`; +- иначе писать индекс левого ключа сегмента (`start <= idx < end`) такого, что: + - `keys[idx].time <= f < keys[idx+1].time`. -- если `t == k0.time` → взять `k0`; -- если `t == k1.time` → взять `k1`; -- иначе `alpha = (t - k0.time) / (k1.time - k0.time)`, `pos = lerp(k0.pos, k1.pos, alpha)`, rotation смешивается через fastproc‑интерполятор quaternion. +В исходных данных fallback-фреймы кодируются значением `== fallback` (не просто `>= fallback`). -### 1.13.4. Межкадровое смешивание (`sub_10012560`) +--- -Функция смешивает два сэмпла (например, из двух animation time-позиций) с коэффициентом `blend`: +## 6. Reference IR для редактора/конвертера -1) получить два `(quat, pos)` через `sub_10012880`; -2) выполнить shortest‑path коррекцию знака quaternion: +Рекомендуемое промежуточное представление: ```c -if (|q0 + q1|^2 < |q0 - q1|^2) q1 = -q1; +struct NodeAnimTrack { + uint32_t node_index; + bool has_map; // hdr2 != 0xFFFF + uint16_t fallback_key; // hdr3 (derived on write) + vector<AnimKey> keys; // local keys for node + vector<uint16_t> frame_map; // optional, size == frame_count when has_map +}; + +struct AnimModel { + uint32_t frame_count; // Res19.attr2 + vector<NodeAnimTrack> tracks; // in node order +}; ``` -3) смешать quaternion (fastproc) и построить orientation‑матрицу; -4) translation писать отдельно как `lerp(pos0, pos1, blend)` в ячейки `m[3], m[7], m[11]`. +Где `AnimKey`: +- `pos: float3`, +- `time: float`, +- `quat_raw: int16[4]` (для lossless), +- `quat_decoded: float4` (опционально для API/UI). -### 1.13.5. Что хранится в `Res19.attr2` +--- + +## 7. Алгоритм чтения (reader) -При загрузке `sub_10015FD0` записывает `NResEntry(Res19).attr2` в `model+0x9C`. -Это поле используется как верхняя граница frame‑индекса в п.1.13.3. +1. Загрузить `Res1`, `Res8`, `Res19`. +2. Проверить `Res8.size % 24 == 0`, `Res19.size % 2 == 0`. +3. Для каждого узла `i` (stride 38): + - взять `hdr2/hdr3`; + - вычислить `start_i` через предыдущий `hdr3`; + - извлечь `keys[start_i..hdr3]`; + - если `hdr2 != 0xFFFF`, взять `frame_map = Res19[hdr2 : hdr2 + frame_count]`. +4. Валидировать, что map-значения либо `< hdr3`, либо fallback (`== hdr3` канонично). --- +## 8. Алгоритм записи (writer) + +Нормативный минимум для runtime-совместимости: + +1. Собрать keys всех узлов в один `Res8` pool в node-order. +2. Записать `hdr3 = end_index` каждого узла. +3. Вычислить `frame_count` и записать в `Res19.attr2`. +4. Для узлов с map: + - `hdr2 = cursor`; + - append `frame_count` слов в `Res19`; + - `cursor += frame_count`. +5. Для узлов без map: `hdr2 = 0xFFFF`. +6. Выставить атрибуты: + - `Res8.attr1 = key_count`, `Res8.attr2 = 0`, `Res8.attr3 = 4`; + - `Res19.attr1 = map_word_count`, `Res19.attr3 = 2`. + +Каноничный writer (рекомендуется): +- генерирует map по правилу §5.4; +- fallback-фреймы записывает `== fallback`; +- для статических узлов использует 1 ключ (`time=0`, `hdr2=0xFFFF`). + +--- + +## 9. Валидация перед сохранением + +Обязательные проверки: + +1. `Res8.size % 24 == 0`, `Res19.size % 2 == 0`. +2. Для каждого узла: `fallbackKeyIndex < key_count`. +3. Если `hdr2 != 0xFFFF`: `hdr2 + frame_count <= map_word_count`. +4. Для map-сегмента узла: + - любое значение `< fallback` должно удовлетворять `value + 1 < key_count`. +5. В track узла: + - `time` строго возрастает; + - при наличии map минимум 2 ключа. +6. `frame_count > 0` (игровые ассеты используют минимум 1). + +Рекомендуемые проверки (каноничность): + +1. `fallback_i` строго возрастает по узлам. +2. track каждого узла начинается с `time == 0`. +3. `frame_count == max_end_time + 1`. +4. map-блоки узлов без дыр/overlap. + +--- + +## 10. Edge cases и совместимость + +### 10.1. `Res19.size == 0` + +Поддерживается runtime-ом: +- `frame_count` обычно 1; +- `hdr2 == 0xFFFF` у всех узлов; +- сэмплирование всегда через fallback key (`hdr3`). + +### 10.2. Узлы без map + +Это нормальный режим для статических/квазистатических узлов: +- `hdr2 = 0xFFFF`; +- `hdr3` указывает на единственный ключ узла (канонично). + +### 10.3. `Res1.attr3 == 24` (legacy outlier) + +В corpus встречается единично (`MTCHECK.MSH`, `testdata/nres/system.rlb`): +- `Res1.attr3 = 24`; +- `Res8` содержит 1 ключ; +- `Res19.size == 0`. + +Алгоритм `sub_10012880` адресует node как stride 38, поэтому этот случай нельзя интерпретировать правилами текущего 38-byte формата. Практически это отдельный legacy-формат/legacy-path вне описанного runtime-контракта. + +### 10.4. Квантование quaternion при экспорте + +Для новых данных: +- используйте `round(q * 32767)`; +- clamp к `[-32767, 32767]` (каноничный диапазон ассетов). + +--- + +## 11. Reference pseudocode (1:1 runtime path) + +```c +void sample_node_pose(Model *m, int node_idx, float t, float out_quat[4], float out_pos[3]) { + Node38 *node = (Node38 *)((uint8_t *)m->res1 + node_idx * 38); + uint16_t map_start = node->hdr2; + uint16_t fallback = node->hdr3; + uint32_t frame_cnt = m->anim_frame_count; // Res19.attr2 + + int32_t frame = x87_fistp_i32((double)t - 0.5); // strict path + + uint16_t key_idx; + if ((uint32_t)frame >= frame_cnt || + map_start == 0xFFFF || + m->res19[map_start + (uint32_t)frame] >= fallback) { + key_idx = fallback; + decode_key_quat_pos(&m->res8[key_idx], out_quat, out_pos); + return; + } + + key_idx = m->res19[map_start + (uint32_t)frame]; + AnimKey24 *k0 = &m->res8[key_idx]; + if (t == k0->time) { + decode_key_quat_pos(k0, out_quat, out_pos); + return; + } + + AnimKey24 *k1 = &m->res8[key_idx + 1]; + if (t == k1->time) { + decode_key_quat_pos(k1, out_quat, out_pos); + return; + } + + float a = (t - k0->time) / (k1->time - k0->time); + out_pos[0] = lerp(k0->pos_x, k1->pos_x, a); + out_pos[1] = lerp(k0->pos_y, k1->pos_y, a); + out_pos[2] = lerp(k0->pos_z, k1->pos_z, a); + fastproc_quat_interp(decode_quat(k0), decode_quat(k1), a, out_quat); // g_FastProc[17] +} +``` + +## 12. Границы полноты + +Для основного формата (`Res1` stride 38 + `Res8` + `Res19`) эта страница покрывает runtime и toolchain-поведение на уровне, достаточном для 1:1 реализации (reader/writer/converter/editor). + +Единственный подтверждённый неполный сегмент: +- legacy `Res1.attr3 == 24` (`MTCHECK.MSH`), для которого в `AniMesh` не найден отдельный открытый decode-path в рамках текущего реверса. + +Для абсолютных 100% по всем историческим вариантам формата дополнительно нужно: +- найти и дореверсить runtime-код, который реально обрабатывает `Res1.attr3==24` (если он есть в других модулях/ветках); +- получить больше образцов `*.msh` с `attr3==24` для проверки writer/validator-инвариантов. |