动画压缩

未压缩的动画每关节每样本最多 10 个 32 位浮点通道，数据量巨大。GEA 列出的压缩手段按力度递增：省略无用通道、量化（如 16 位 RL 编码）、降低采样率或省略近似线性的关键帧、用 B 样条拟合曲线、小波压缩，以及最根本的：只把需要的片段放进内存（选择性加载与流式加载）（GEA4 卷 II 13.8）。

数据量有多大

每通道 4 字节 × 10 通道 × 30 样本/秒 = 每关节每秒 1200 字节（约 1.17 KiB）。100 关节的骨骼（以今天的标准算小）约每秒 117 KiB；1000 秒动画（对现代游戏偏少）约 114.4 MiB。PS3 只有 256 MiB 主内存和 256 MiB 显存；PS4 有 8 GiB、PS5 有 16 GiB 统一内存，但内存更应该花在动画的丰富程度上（卷 II 13.8）。

数据大的三个原因：通道多；关节多（PS3/Xbox 360 时代人形角色 250 个以上，部分 PS4/Xbox One 游戏超过 800，PS5/Xbox Series 更多）；采样率高（卷 II 13.8.3）。

通道省略

• 多数角色不需要非均匀缩放，三个缩放通道可减为一个；有些游戏除面部外完全不存缩放。
• 人形骨头不能拉长，平移通道通常只给根、面部关节，有时加锁骨。
• 四元数是单位长度，只存 x、y、z，运行时重建 w。（补充：$w=\pm\sqrt{1-x^2-y^2-z^2}$ 的符号无法从三个分量恢复。因为 $q$ 与 $-q$ 表示同一旋转，导出时可把 $w<0$ 的四元数整体取反，保证 $w\ge0$；但逐帧取反会破坏相邻样本的连续性，影响插值，见 四元数。另一种常见做法是“最小三分量”(smallest three)：丢弃绝对值最大的分量并用 2 位记录其下标。GEA 未提这一点。）
• 整段不变的通道只存 t=0 的一个样本加一个"常量"标志位。
• 例：100 关节、无缩放、只有根有平移，只需 303 个通道（每关节 3 个四元数分量 + 根的 3 个平移），而全量是 1000 个（卷 II 13.8.1）。

量化

把 32 位浮点转成 n 位整数称为量化，包括编码与解码，是有损的。四元数分量落在 $[-1,1]$，经验表明 16 位精度就够，用 32 位浮点等于每通道浪费 16 位（卷 II 13.8.2）。浮点格式本身见 数值表示与浮点数。

做法：把取值区间等分成 $N=2^n$ 段，用段索引表示值。（注意：下面 RL 代码实际把 $[0,1]$ 映射到 $2^n$ 个等距格点 $0,\tfrac{1}{2^n-1},\dots,1$，即间隔是 $2^n-1$ 个，两端 0 和 1 都能精确重建；和正文“$2^n$ 个区间”的说法略有出入。）GEA 引用 Jonathan Blow 在 Game Developer 杂志 Inner Product 专栏的文章，编码有截断到下边界 (T) 与四舍五入到区间中心 (R) 两种，重建有返回左端 (L) 与返回中心 (C) 两种：

U32 CompressUnitFloatRL(F32 unitFloat, U32 nBits) {
    U32 nIntervals = 1u << nBits;
    F32 scaled = unitFloat * (F32)(nIntervals - 1u);  // 映射到 [0, nIntervals-1]
    U32 rounded = (U32)(scaled + 0.5f);              // 四舍五入
    if (rounded > nIntervals - 1u) rounded = nIntervals - 1u;
    return rounded;
}
F32 DecompressUnitFloatRL(U32 quantized, U32 nBits) {
    U32 nIntervals = 1u << nBits;
    return (F32)quantized * (1.0f / (F32)(nIntervals - 1u));
}

代码只在上端钳制；输入为负时 (U32)(scaled + 0.5f) 把负浮点转成无符号整数，在 C++ 中是未定义行为（结果不在目标类型范围内，见 cppreference“Floating–integral conversions”），所以调用方必须先把值钳制到 $[0,1]$（平移示例就先钳制了）。

任意区间 $[min,max]$ 先归一化到 $[0,1]$。四元数用 min=−1、max=1、16 位。平移理论上无界，但关节实际移动不远，可定一个合理范围（示例 ±2 m），超出就报错；世界空间制作的过场里根关节平移可能很大，所以可以逐片段或逐关节选取范围并与压缩数据一起存储，开销可忽略（卷 II 13.8.2）。顶点数据的同类做法见 顶点压缩与精度。

采样率与关键帧省略

• 整体降低采样率：有些动画以 15 Hz 导出依然好看，数据减半。
• 省略近似线性区间内除端点外的样本，运行时线性插值恢复。需要额外存每个样本的时间，可能抵消部分收益，但确有引擎成功使用（卷 II 13.8.3）。

基于曲线的压缩

RAD Game Tools 的 Granny（已停售，GEA 作者称其为用过的设计最好的动画 API 之一）不存等间隔样本，而是把每个关节的 S、Q、T 通道表示为 n 阶非均匀非有理 B 样条：先按固定间隔采样，再在用户给定容差内拟合 B 样条。曲率大的通道也只需少量控制点，结果通常比等间隔线性插值的片段小得多（卷 II 13.8.4）。样条基础见 埃尔米特与 Kochanek-Bartels 样条。

小波压缩

把动画曲线分解为一组正交归一小波之和（小波：像波一样振荡但持续时间很短的函数），类似把信号表示为冲激串或正弦和。GEA 指向第 15 章的信号处理基础，并推荐 Eidos Montreal 在《Thief》(2014) 中实现小波压缩的文章（卷 II 13.8.5）。

选择性加载与流式加载

最便宜的片段是不在内存里的片段。多数游戏启动时加载一组核心片段常驻（玩家核心动作集、武器和道具等反复出现的物体），其余按需加载；一次性时刻的片段在需要前载入或流入，播完即卸载。很多引擎把片段打包成逻辑组整体加载和卸载（卷 II 13.8.6），加载机制见 资源管理器。

GEA 原书中的问题

• 13.8 开头写 100 关节骨骼的未压缩片段"117 KiB per joint per second"。按前文每关节每秒 1.17 KiB 计算，100 关节应为每秒 117 KiB（不是"每关节"每秒）；后面"1000 秒约 114.4 MiB"正是按每秒 117 KiB 算出的。