慣性化ブレンド

ひとことで

アニメーションを切り替えるとき、切り替えた瞬間の「今見えている姿勢」と「新しいアニメーションの姿勢」の差だけを覚えておき、その差を新しいアニメーションの上に重ねて、自然な減速カーブで消していくつなぎ方です。古いアニメーションを計算し続ける必要がないので軽く、切り替え直後から新しい動きの勢いが出ます。『Gears of War 4』（2016）で David Bollo が発表し、今では多くのエンジンで使われています。

ゲームでの使いどころ

反応の速い切り替え：攻撃・回避・被弾など、入力に即座に反応したい動きへの切り替え。クロスフェードのように古い動きを引きずらない。
[モーションマッチング](/keywords/simulation/animation/motion-matching/)：頻繁にアニメーションが切り替わるので、軽くて高品質な慣性化ブレンドが事実上の標準です。
多数のキャラクター：古い動きを計算しないので、切り替え中のコストが増えません。
物理から戻る：ラグドールから起き上がりアニメーションへ戻るときの姿勢の差を吸収する。

Unreal Engine の Inertialization ノードなどで使えます。

しくみ

クロスフェードとの違い

一般的なクロスフェードは、つなぐ時間の間、古いアニメーション A と新しいアニメーション B を両方計算し、重みを 1→0、0→1 と変えながら混ぜます。

\text{pose}(t) = \text{slerp}\big(A(t),\,B(t),\,w(t)\big)

なめらかですが、その間は A と B が半分ずつ混ざった「どちらでもない」姿勢になり、A の勢いも残ります。

慣性化ブレンドは、切り替えの瞬間だけ差を記録します。

切り替えた瞬間の見えている姿勢 $P$ と、新しいアニメーションの姿勢 $B(0)$ の差 $x_0$ と、その差が変化していた速さ $v_0$ を記録します（関節ごとの回転の差を、軸と角度で表す）。
以後は B だけを計算し、その上に「減衰していく差」 $x(t)$ を重ねます。

\text{pose}(t) = x(t) \oplus B(t)

差の減衰には、時間 $T$ で差・速さ・加速度がすべて 0 になる 5 次式を使います（Bollo の方法）。

x(t) = A t^5 + B t^4 + C t^3 + \tfrac{a_0}{2} t^2 + v_0 t + x_0

係数は、 $x_0$ 、 $v_0$ （と、そこから決まる初期加速度 $a_0$ ）から計算できます。切り替えの瞬間に、姿勢も速さも連続したまま、差が自然に消えていきます。

実装のポイント

関節ごとに回転の差を軸と角度で：差のクォータニオンを軸と角度に分け、角度だけを 1 次元の値として減衰させ、同じ軸で回転を戻します。
速さの計算：差の速さ $v_0$ は、前のフレームで見えていた姿勢と、新しいアニメーションの 1 フレーム前の姿勢との差から求めます。そのためには、直前 2 フレームの見えている姿勢を保存しておく必要があります。
差が大きくなる方向の速さは切る： $v_0$ が差を大きくする向きのときは 0 に置き換えます（行き過ぎを防ぐ）。
より簡単な減衰：5 次式の代わりに臨界減衰のばね（Holden らの減衰ばねによる慣性化）を使う方法もあり、途中で別の切り替えが来ても扱いやすい利点があります。

つまずきやすい点

姿勢の差が大きすぎる：まったく違う姿勢（立ち → 寝そべり）への切り替えでは、差を消す間に体が不自然にねじれることがあります。大きな差には、移行専用のアニメーションを用意します。
連続した切り替え：減衰中に次の切り替えが来たら、その時点の見えている姿勢から新たに差を記録し直します。
ルートの扱い：体全体の位置の差まで慣性化すると、キャラクターが滑るように移動して見えることがあります。ルートの移動は別に扱います。

デモで試すこと

3 人は同時に「歩く」と「手を振る」を切り替えています。左はすぐ切り替え、中央はクロスフェード、右は慣性化ブレンドです。
右下のグラフは右肩の角度です。すぐ切り替え（赤）は角度が瞬間的に飛び、クロスフェード（黄）はなだらかに移るものの立ち上がりが遅く、慣性化ブレンド（青緑）は勢いよく、なめらかに新しい動きへ移ります。
「つなぐ時間」を長くすると違いが分かりやすくなります。クロスフェードでは、その間ずっと歩きと手振りが混ざった中途半端な姿勢になります。
「自動で切り替える」をオフにして、「動きを切り替える」を好きなタイミングで押してみてください。歩きのどの瞬間で切り替えても、慣性化ブレンドはなめらかにつながります。

インタラクティブデモ