目录
- 一、前言
- 二、Hello Mesh
- 三、萌新初识Mesh
- 三、Mesh的创建方式
- 1、第三方建模软件
- 2、Unity建模插件:ProBuilder
- 3、程序动态生成网格
- 四、Unity中如何显示网格
- 1、MeshFilter:网格过滤器
- 2、MeshRenderer:网格渲染器
- 3、SkinnedMeshRenderer:蒙皮网格渲染器
- 3.1 骨骼动画
- 3.2 SkinnedMeshRenderer组件
- 3.2 使用BakeMesh进行优化
- 五、纯代码动态创建网格
- 1、创建Mesh对象
- 2、顶点坐标
- 3、UV坐标
- 4、三角形序列
- 5、重新计算法线和包围体
- 6、完整版代码
- 7、测试
- 8、项目源码
- 六、网格相关的开源项目
- 1、2D网格涂鸦
- 2、3D网格涂鸦
- 3、网格体素化
- 4、网格平滑算法
- 5、网格切割
- 6、网格合并
- 七、未完的探险
一、前言
嗨,大家好,我是新发。
有同学私信我让我写一篇Unity
网格相关的教程,

那我就带大家来一次Unity
的网格探险之旅吧~
二、Hello Mesh
我背着旅行背包走在Unity
的场景中,突然眼前出现了一棵树,

我走近一看,这棵树身上挂着MeshFilter
和MeshRenderer
组件,根据Unity
探险手册记载,这个MeshFilter
是网格过滤器,它会引用一个网格资源,我顺腾摸瓜,找到了对应的网格,

实在太美了,我久久伫立,这就是网格啊!
正当我欣赏着网格三角形时,突然世界暗了下来,眼前出现了一团火,

我又拿出了Unity
探险手册,啊,这一定就是粒子系统了!它可以动态生成网格。

天外传来一阵打字声,场景中出现了一行看起来像文字的网格,作为一个具有多年Hello World
经验的程序员,我看出了第一个单词应该是Hello
,第二个单词…我知道了,

是Hello Mesh
!

(此处为震撼人心的入场音乐)
三、萌新初识Mesh
1、引擎内置的Mesh
网格的英文名是Mesh
,Unity
萌新最先接触的网格应该就是引擎内置的Cube
(正方体)、Capsule
(胶囊体)、Cylinder
(圆柱体)、Plane
(平面)、Sphere
(球体)、Quad
(四边形),如下

事实上,我们在Unity
场景中,所有能被渲染出来的物体都会带有网格,比如3D
模型、粒子特效、UI
、文字等等。
2、Mesh是什么
从概念上讲,网格是图形硬件用来绘制复杂内容的构造。它至少包含一组定义3D
空间中点的顶点,以及一组连接这些点的三角形,实际上还包含法线、顶点颜色纹理坐标等信息,这些三角形构成了网格所代表的任何表面。
我们可以看下Unity
的Mesh
类,Mesh
的属性和方法很多,我这里列举几个比较常用的,如下
// 顶点坐标数组
public Vector3[] vertices { get; set; }
// 法线向量数组
public Vector3[] normals { get; set; }
// 顶点颜色数组
public Color[] colors { get; set; }
// 三角形序列数组,每三个数字为一组
public int[] triangles { get; set; }
// uv坐标数组
public Vector2[] uv { get; set; }
// 重新计算法线,在修改完顶点后,通常会更新法线来反映新的变化,注意,法线是根据共享的顶点计算出来的。
public void RecalculateNormals();
// 从法线和纹理坐标重新计算网格的切线。修改网格的顶点和法线之后,如果网格使用引用法线贴图的着色器进行渲染,则切线需要更新。
public void RecalculateTangents();
// 重新计算从网格包围体的顶点, 在修改顶点后需要这个函数以确保包围体是正确的,赋值三角形将自动重新计算这个包围体。
public void RecalculateBounds();
画个图,方便大家有个直观印象,

三、Mesh的创建方式
1、第三方建模软件
建模本质上就是建网格,我们可以事先通过第三方建模软件来创建模型网格,

常见的建模软件比如

3DS MAX
官网:https://www.autodesk.com/products/3ds-max/overview

MAYA
官网:https://www.autodesk.com/products/maya/overview

blender
官网:https://www.blender.org/
2、Unity建模插件:ProBuilder
Unity
官方提供了一个可以用来创建和自定义几何体的工具ProBuilder
,我们可以在Unity
的Package Manager
中下载到这个插件,

使用ProBuilder
我们可以直接在Unity
中创建或编辑简单的几何体,不用通过第三方建模软件,提升了效率,方便快速搭建场景原型,

3、程序动态生成网格
网格也可以是程序动态生成的,比如粒子系统的网格就是动态生成的,

又比如文字,也是程序动态生成网格,

文章后面我还会手把手教你如何使用纯代码来构建网格,这里先不急着写代码,我们继续探寻网格的秘密先~
四、Unity中如何显示网格
在Unity
中,我们要显示一个网格,需要用到两个组件:MeshFilter
和MeshRenderer
。
注:你也可以直接使用SkinnedMeshRenderer
组件,与MeshFilter
和MeshRenderer
的区别我下文会讲。
1、MeshFilter:网格过滤器
MeshFilter
是网格过滤器,我们需要通过它设置引用的网格资源,比如这里引用的是一个Cube
(正方体)网格。

我们可以看下MeshFilter.cs
的源码,
[RequireComponent(typeof(Transform))]
[NativeHeader("Runtime/Graphics/Mesh/MeshFilter.h")]
public sealed partial class MeshFilter : Component
{
[RequiredByNativeCode] // MeshFilter is used in the VR Splash screen.
private void DontStripMeshFilter() {}
extern public Mesh sharedMesh { get; set; }
extern public Mesh mesh {[NativeName("GetInstantiatedMeshFromScript")] get; [NativeName("SetInstantiatedMesh")] set; }
}
MeshFilter
只有两个属性:mesh
和sharedMesh
,
我们查看Unity
的官方手册,看看mesh
与sharedMesh
的区别:https://docs.unity3d.com/ScriptReference/MeshFilter.html

我来解读一下,mesh
访问的是一个Mesh
资源的实例(副本),这意味着我们修改这个mesh
并不会修改到原始资源本身,改的只是Mesh
的实例(副本)。
而sharedMesh
是原始资源的引用,如果修改了sharedMesh
,比如修改顶点坐标,那么原始资源也会被修改。
画成图大概是这样子:

这里我顺手写个随机修改Mesh
顶点坐标的脚本,如下,将下面这个RandoMeshmVertices
脚本挂到MeshFilter
组件所在的物体上即可,
// RandoMeshmVertices.cs
// 随机修改Mesh顶点坐标
using UnityEngine;
public class RandoMeshmVertices: MonoBehaviour
{
// Mesh的实例
MeshFilter meshFilter;
// 顶点的原始坐标
Vector3[] originalVertices;
void Start()
{
meshFilter = GetComponentMeshFilter>();
originalVertices = meshFilter.mesh.vertices;
}
void Update()
{
// 随机修改顶点坐标
Vector3[] vertices = meshFilter.mesh.vertices;
for (int i = 0, len = originalVertices.Length; i len; ++i)
{
var v = originalVertices[i];
vertices[i] = v + Random.Range(-0.1F, 0.1F) * Vector3.one;
}
meshFilter.mesh.vertices = vertices;
meshFilter.mesh.RecalculateNormals();
}
}
运行效果如下,网格顶点坐标发生了随机偏移,

关于mesh
属性的访问需要特别注意一下,我们先看看Unity
官方手册的说明,https://docs.unity3d.com/ScriptReference/MeshFilter-mesh.html

翻译一下就是,如果一个Mesh
资源已经被分配给MeshFilter
的mesh
属性,那么当我们在代码中第一次访问mesh
属性时才正真创建了Mesh
的实例;再次访问mesh
属性时则直接返回这个实例,并且一旦mesh
属性被访问,则与原始共享网格的链接会丢失,此时sharedMesh
变成mesh
的别名,如果我们想避免这种自动生成Mesh
实例,可以使用sharedMesh
代替。
写成伪代码的话大致是这样子:
public class MeshFilter ...
{
...
private Mesh _mesh;
public Mesh mesh
{
get
{
if (_mesh == null)
{
_mesh = new Mesh();
Copy(sharedMeh, _mesh);
}
return _mesh;
}
}
...
}
还有,如果我们访问了mesh
属性而导致自动创建了Mesh
实例,则需要在代码中主动调用Resources.UnloadUnusedAssets
来销毁没有引用的Mesh
实例,建议是在场景切换时调用Resources.UnloadUnusedAssets
。
2、MeshRenderer:网格渲染器
MeshRenderer
,顾名思义,网格渲染器。我们依旧先来看看官方手册的介绍:
https://docs.unity3d.com/Manual/class-MeshRenderer.html

翻译过来就是MeshRenderer
会从MeshFilter
那里拿到网格数据并在所在物体的位置处将其渲染出来。
如果没有MeshRenderer
,我们就看不见网格了,如下

另外,我们还需要在MeshRenderer
的Materials
中指定一个材质球,这样才能正常显示,否则模型表面就是紫色的。

3、SkinnedMeshRenderer:蒙皮网格渲染器
SkinnedMeshRenderer
是蒙皮网格渲染器,可能有小伙伴就会问了,上面使用MeshFilter
和MeshRenderer
已经可以显示模型网格了,为什么又弄了一个SkinnedMeshRenderer
呢?
看下Unity
官方手册的介绍:https://docs.unity3d.com/Manual/class-SkinnedMeshRenderer.html

可以看到SkinnedMeshRenderer
其实是针对带 骨骼动画 的模型的渲染的。
3.1 骨骼动画
为什么需要做骨骼动画呢?
就好比我们人一样,我们的骨骼会随着我们肌肉的伸缩而动,骨骼又可以带动它管辖的身体部位发生形变和移动,骨骼还会影响它所连接的其他骨骼一起发生联动。对应到模型动作上,想想一个简单的举手动作要牵涉到多少网格顶点的移动,如果没有骨骼,那动画师要每帧挨个网格顶点进行调整,即使动画做出来了,这个动画也不能复用到其他模型上,因为不同模型的顶点信息都不一样,这么低效的动画制作肯定是不行的,于是,就有了骨骼动画。
骨骼动画的原理
就是将模型分为骨骼(Bone
)和蒙皮(Mesh
)两个部分,骨骼可分为多层父子骨骼,每个骨骼都附加到周围网格的一些顶点上,在动画关键帧数据的驱动下,计算出各个父子骨骼的位置,基于骨骼的控制通过顶点混合动态计算出蒙皮网格的顶点。
动画师可以在MAYA
软件上给模型绑定骨骼,绑定骨骼不是本文的重点,这里就不展讲开具体操作了,感兴趣的同学可以自行百科学习。
制作好导出为fbx
格式,

将fbx
文件导入到Unity
中,选中它,

在Inspector
视图中点击Rig
按钮,

我们可以看到动画类型Animation Type
有None
、Legacy
、Generic
和Humanoid
四个,

具体选项可以参见Unity
官方手册:https://docs.unity3d.com/Manual/FBXImporter-Rig.html

我这里演示一下人形骨骼动画,选择Humanoid
类型,Avatar Definition
选择Create From This Model
,然后点击Configure
,

在Inspector
视图中我们就可以看到对应的骨骼绑定信息了,

如下,绿色的线段就是一根根骨骼,

我们调整一根骨骼,对应的网格也会跟着一起动,如下

这样做出来的人形动画是可以进行复用了,有请妹子上场,

骨骼动画资源的话,我在之前的文章中也介绍过一个宝藏网站Mixamo
:https://www.mixamo.com/,上面有很多做好的人形骨骼动画,

看,是不是挺好玩的,

我们可以把它的动作直接复用到我们自己的人形模型上,效果如下:



3.2 SkinnedMeshRenderer组件
骨骼动画可以正常播放,要归功于SkinnedMeshRenderer
组件,制作好骨骼动画的fbx
文件导入Unity
中,Unity
会自动帮我们挂上SkinnedMeshRenderer
组件,

其中几个重要的属性我讲一下,
Bounds
:骨骼数据;
Mesh
:要渲染的网格;
Root Bone
:根骨骼,其他骨骼都是相对根骨骼移动的;
BlendShapes
:一般用于制作表情融合,我之前写过一篇文章讲过BlendShapes
:
Unity通过BlendShape实现面部表情过渡切换Animation教程

我们再来看看SkinnedMeshRenderer
脚本的属性和方法:

需要讲的应该就是这个BakeMesh
方法了,下面我就单独拎出来讲下BakeMesh
。
3.2 使用BakeMesh进行优化
假设现在场景中有100
只皮卡丘,每只皮卡丘的网格、贴图、动作相同,

如果每只皮卡丘身上都挂SkinnedMeshRenderer
,那就是100
个SkinnedMeshRenderer
在计算蒙皮,

由于SkinnedMeshRenderer
是根据骨骼动画动态计算网格顶点坐标,这个运算开销还是不小的,有没有办法优化呢?
SkinnedMeshRenderer
提供了一个BakeMesh
方法,可以将一个蒙皮动画的某个时间点上的动作,Bake
成一个不带蒙皮的Mesh
,我们统一使用这个Mesh
来显示其余的皮卡丘,这样就可以大大减少了SkinnedMeshRenderer
的计算了,
画成图大概是这样子:

不过,上面这种方案的局限性是每只皮卡丘的动画是相同的,如果突然某一只皮卡丘要播放与其他皮卡丘不同的动画,那就不行了。
另一种Bake
方案可以是这样:
对皮卡丘的每个动画进行遍历采样,把采样到的Mesh
存到数组中,因为这里要Bake
很多网格,比较耗时,建议在加载场景时时就完成采样过程;后面要播放某个动画时直接从这个Mesh
数组中获取Mesh
来显示,此时直接使用MeshFilter
加MeshRenderer
的方式来显示网格就好了。
贴个BakeMesh
的示例脚本:
using UnityEngine;
using System.Collections.Generic;
/// summary>
/// Bake Mesh 示例
/// /summary>
public class BakeMeshTest : MonoBehaviour
{
[SerializeField]
Animation m_animation;
[SerializeField]
SkinnedMeshRenderer m_skinnedMeshRenderer;
[SerializeField]
string m_clipToBake = "Idle";
ListMesh> m_bakedMeshList = new ListMesh>();
/// summary>
/// 采样帧数
/// /summary>
[SerializeField]
int m_numFramesToBake = 30;
void Start()
{
// 获取要Bake的动画片段
AnimationState clipState = m_animation[m_clipToBake];
if (clipState == null)
{
Debug.LogError(string.Format("Unable to get clip '{0}'", m_clipToBake), this);
return;
}
// 开始播放动画
m_animation.Play(m_clipToBake, PlayMode.StopAll);
// 设置动画初始时间戳
clipState.time = 0.0f;
// 采样帧间隔
float deltaTime = clipState.length / (float)(m_numFramesToBake - 1);
for (int frameIndex = 0; frameIndex m_numFramesToBake; ++frameIndex)
{
string frameName = string.Format("BakedFrame{0}", frameIndex);
// 创建Mesh
Mesh frameMesh = new Mesh();
frameMesh.name = frameName;
// 动画采样
m_animation.Sample();
// 执行BakeMesh
m_skinnedMeshRenderer.BakeMesh(frameMesh);
m_bakedMeshList.Add(frameMesh);
// 设置动画时间戳
clipState.time += deltaTime;
}
// 停止播放动画
m_animation.Stop();
}
}
需要提醒的是,这个方案是利用空间换时间,如果模型顶点数据特别多或动画时长特别长的时候,这时就会遇到内存瓶颈。
五、纯代码动态创建网格
一般情况下,网格是事先制作好的资源,但也有一些特殊的需求需要在代码中动态创建网格。
比如我之前写的一篇牙齿碎了的文章:
游戏开发Unity2D图片任意形状破碎裂片效果展示

现在我来教大家如何使用代码从零创建网格并将网格渲染出来,下文我以创建一个正方形网格为例进行讲解。
1、创建Mesh对象
第一步最简单,就是直接new
一个Mesh
,
2、顶点坐标
首先分析一下,一个四边形有四个顶点,假设正方形边长为1
,四个点的坐标如下,

写成代码就是这样:
// 构建顶点坐标
var vertices = new ListVector3>();
vertices.Add(new Vector3(-0.5f, -0.5f, 0));
vertices.Add(new Vector3(-0.5f, 0.5f, 0));
vertices.Add(new Vector3(0.5f, 0.5f, 0));
vertices.Add(new Vector3(0.5f, -0.5f, 0));
// 将顶点坐标设置给Mesh
mesh.SetVertices(vertices);
3、UV坐标
UV
坐标就是纹理贴图坐标,它将纹理上每一个点精确对应到模型物体的表面上,注意U
和V
的取值范围是0~1
。
UV
坐标系原点在左下角,U
轴是水平轴,V
轴是竖直轴,如下:

对应到我们的上面那个正方向网格的话,四个点的UV
坐标如下:

写成代码就是这样:
// 构建UV坐标
var uvs = new ListVector2>();
uvs.Add(new Vector2(0, 0));
uvs.Add(new Vector2(0, 1));
uvs.Add(new Vector2(1, 1));
uvs.Add(new Vector2(1, 0));
// 将UV坐标设置给Mesh
mesh.SetUVs(0, uvs);
4、三角形序列
网格需要切分成三角形,我们可以这样切分,

当然也可以这样切分,

两种切分方法对应不同的三角形序列,假设 法线方向 是垂直于屏幕从内指向屏幕外的话,第一种切分方式的三角形序列如下:
注:法线的方向就决定了表面正面,如果你的材质是单面渲染的话,那么只有从正面看才能看到网格被渲染。

即三角形序列为:{ 0, 1, 2, 0, 2, 3 }
,注意序号是从0
开始的。
为什么是这样的顺序呢?我教大家一个技巧,伸出你的左手,竖起大拇指,像这样子,

大拇指指向法线的方向,那么此时你的其余四根手指头环绕的方向就是三角形的序号的顺序,三个序号为一组按顺序塞入数组中即可,即得到的数组就是:{ 0, 1, 2, 0, 2,3}当然,以下数组最终的效果都是等价的,只要顺序一致即可:
{ 0, 1, 2, 0, 2, 3 },
{ 1, 2, 0, 0, 2, 3 },
{ 0, 2, 3, 1, 2, 0 },
…
我们现在写成代码,
// 重新计算法线,注意,法线是根据共享的顶点计算出来的。
mesh.RecalculateNormals();
// 重新计算包围体,在修改顶点后需要这个函数以确保包围体是正确的
mesh.RecalculateBounds();
// 从法线和纹理坐标重新计算网格的切线(如果网格使用引用法线贴图的着色器进行渲染,则切线需要更新)
// 因为我们这里不使用法线贴图,所以就不调用它了
// mesh.RecalculateTangents();
5、重新计算法线和包围体
当我们设置或修改了顶点数据后,需要调用Mesh
的Recalculate
方法来重新计算一些必要的信息,比如重新计算法线、包围体,代码如下
// 重新计算法线,注意,法线是根据共享的顶点计算出来的。
mesh.RecalculateNormals();
// 重新计算包围体,在修改顶点后需要这个函数以确保包围体是正确的
mesh.RecalculateBounds();
// 从法线和纹理坐标重新计算网格的切线(如果网格使用引用法线贴图的着色器进行渲染,则切线需要更新)
// 因为我们这里不使用法线贴图,所以就不调用它了
// mesh.RecalculateTangents();
6、完整版代码
以上代码封装成GenQuadMesh.cs
脚本,完整代码如下:
// 使用代码生成四边形网格
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
[RequireComponent(typeof(MeshFilter))]
[RequireComponent(typeof(MeshRenderer))]
public class GenQuadMesh : MonoBehaviour
{
public MeshFilter mf;
private void Start()
{
mf.mesh = Build();
}
public static Mesh Build()
{
var mesh = new Mesh();
// 构建顶点坐标
var vertices = new ListVector3>();
vertices.Add(new Vector3(-0.5f, -0.5f, 0));
vertices.Add(new Vector3(-0.5f, 0.5f, 0));
vertices.Add(new Vector3(0.5f, 0.5f, 0));
vertices.Add(new Vector3(0.5f, -0.5f, 0));
// 将顶点坐标设置给Mesh
mesh.SetVertices(vertices);
// 构建UV坐标
var uvs = new ListVector2>();
uvs.Add(new Vector2(0, 0));
uvs.Add(new Vector2(0, 1));
uvs.Add(new Vector2(1, 1));
uvs.Add(new Vector2(1, 0));
// 将UV坐标设置给Mesh
mesh.SetUVs(0, uvs);
// 设置三角形序列
var triangles = new int[] { 0, 1, 2, 0, 2, 3 };
mesh.SetTriangles(triangles, 0);
mesh.RecalculateNormals();
mesh.RecalculateBounds();
return mesh;
}
}
7、测试
创建一个空物体,挂上MeshFilter
和MeshRenderer
组件。

再挂上我们上面写的GenQuadMesh
脚本,赋值mf
变量为MeshFilter
对象,如下

运行Unity
,看到一个紫色快,

将Scene
视图的模式设置为Wireframe
,如下

现在我们可以看到我们动态创建的网格啦,

上面之所以显示紫色块,是因为我们没有给MeshFilter
设置材质球,顺手做一个炮姐的材质球吧,

给MeshRenderer
设置材质球对象,

重新运行Unity
,效果如下,

8、项目源码
要用代码动态创建一个Mesh
,就是new
一个Mesh
,给它塞入顶点坐标、UV
坐标和三角形序列即可。再复杂的网格也可以通过这些步骤创建出来~
下面这些就是使用纯代码创建出来的几何体网格,感兴趣的同学可以下载项目源码下来学习。
项目源码:https://codechina.csdn.net/linxinfa/unity-mesh-builder

六、网格相关的开源项目
我再推荐一些网格相关的开源项目给大家~
1、2D网格涂鸦
项目地址:https://github.com/mattatz/unity-triangulation2D

2、3D网格涂鸦
项目地址:https://github.com/mattatz/unity-teddy

3、网格体素化
项目地址:https://github.com/Scrawk/Mesh-Voxelization

4、网格平滑算法
项目地址:https://github.com/mattatz/unity-mesh-smoothing

5、网格切割
项目地址:https://github.com/hugoscurti/mesh-cutter

6、网格合并
项目地址:https://github.com/sanukin39/UniMeshCombiner

七、未完的探险
好了,这次探险之旅就暂时到这里吧,还有很多内容需要探索,先保持体力,我们下次再见,更多关于Unity网格(Mesh\动态合批\骨骼动画\蒙皮)的资料请关注脚本之家其它相关文章!
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