Unity3D: Mesh切割算法详解

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Unity3D是一款非常风行的游戏开发引擎，撑持多种平台和多种语言。在Unity3D中，Mesh是游戏中最常用的3D模型暗示方式，它由一系列的点、线、面组成。在游戏中，我们经常需要对Mesh进行一些特殊的操作，比如切割，这个时候就需要用到Mesh切割算法。本文将详细介绍Mesh切割算法的道理和代码实现。
对惹，这里有一个游戏开发交流小组，但愿大师可以点击进来一起交流一下开发经验呀！
一、Mesh切割算法道理
Mesh切割算法的道理是将一个Mesh切割成多个子Mesh，这些子Mesh可以被独登时进行操作，比如移动、旋转、缩放等。Mesh切割算法在游戏中的应用非常广泛，比如在射击游戏中，子弹打中物体时，物体就会被切割成多个碎片，增加游戏的真实感和趣味性。
Mesh切割算法的实现过程可以分为以下几个法式：
1.计算切割平面
切割平面是Mesh切割的重要参数，它决定了Mesh切割的标的目的和位置。在Unity3D中，可以使用Plane类来暗示一个平面，其构造函数可以接收一个点和一个法向量作为参数，暗示平面的位置和标的目的。为了便利计算，我们可以将切割平面的法向量规范化。
2.计算切割点
切割点是Mesh切割的另一个重要参数，它决定了Mesh切割的位置。在计算切割点时，我们可以将切割平面与Mesh的每个面进行求交，得到所有的切割点。在求交时，可以使用Raycast或Plane.Raycast方式，如果两个相邻的面在切割平面的同一侧，则它们不会发生切割点。
3.生成新的Mesh
按照切割点，我们可以将本来的Mesh切割成多个子Mesh，每个子Mesh都是由本来的一部门面组成的。为了便利操作，我们可以将每个子Mesh都生成一个新的Mesh对象，并将其添加参加景中。
4.从头计算UV和法向量
由于Mesh被切割成多个子Mesh，每个子Mesh都需要从头计算UV和法向量。在Unity3D中，可以使用Mesh.RecalculateNormals和Mesh.RecalculateUV2方式来计算法向量和UV。
二、Mesh切割算法代码实现
下面是一个简单的Mesh切割算法的代码实现：

1. public static void Cut(GameObject obj, Plane plane)
2. {
3.     Mesh mesh = obj.GetComponent<MeshFilter>().mesh;
4.     Vector3[] vertices = mesh.vertices;
5.     int[] triangles = mesh.triangles;
7.     List<Vector3> frontVertices = new List<Vector3>();
8.     List<Vector3> backVertices = new List<Vector3>();
9.     List<int> frontTriangles = new List<int>();
10.     List<int> backTriangles = new List<int>();
12.     for (int i = 0; i < triangles.Length; i += 3)
13.     {
14.         int i1 = triangles[i];
15.         int i2 = triangles[i + 1];
16.         int i3 = triangles[i + 2];
18.         Vector3 v1 = vertices[i1];
19.         Vector3 v2 = vertices[i2];
20.         Vector3 v3 = vertices[i3];
22.         bool front1 = plane.GetSide(v1);
23.         bool front2 = plane.GetSide(v2);
24.         bool front3 = plane.GetSide(v3);
26.         if (front1 && front2 && front3)
27.         {
28.             frontVertices.Add(v1);
29.             frontVertices.Add(v2);
30.             frontVertices.Add(v3);
31.             frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 3);
32.             frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 2);
33.             frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 1);
34.         }
35.         else if (!front1 && !front2 && !front3)
36.         {
37.             backVertices.Add(v1);
38.             backVertices.Add(v2);
39.             backVertices.Add(v3);
40.             backTriangles.Add(backVertices.Count - 3);
41.             backTriangles.Add(backVertices.Count - 2);
42.             backTriangles.Add(backVertices.Count - 1);
43.         }
44.         else
45.         {
46.             Vector3 point1 = Vector3.zero;
47.             Vector3 point2 = Vector3.zero;
48.             Vector3 normal = plane.normal;
50.             if (front1)
51.             {
52.                 point1 = v1;
53.                 if (front2)
54.                 {
55.                     point2 = v2;
56.                 }
57.                 else if (front3)
58.                 {
59.                     point2 = v3;
60.                 }
61.             }
62.             else if (front2)
63.             {
64.                 point1 = v2;
65.                 if (front1)
66.                 {
67.                     point2 = v1;
68.                 }
69.                 else if (front3)
70.                 {
71.                     point2 = v3;
72.                 }
73.             }
74.             else if (front3)
75.             {
76.                 point1 = v3;
77.                 if (front1)
78.                 {
79.                     point2 = v1;
80.                 }
81.                 else if (front2)
82.                 {
83.                     point2 = v2;
84.                 }
85.             }
87.             float t = (plane.distance - Vector3.Dot(normal, point1)) / Vector3.Dot(normal, point2 - point1);
88.             Vector3 cutPoint = point1 + t * (point2 - point1);
90.             frontVertices.Add(point1);
91.             frontVertices.Add(cutPoint);
92.             frontVertices.Add(v1 + t * (v2 - v1));
94.             frontVertices.Add(point2);
95.             frontVertices.Add(cutPoint);
96.             frontVertices.Add(v1 + t * (v3 - v1));
98.             backVertices.Add(cutPoint);
99.             backVertices.Add(point1);
100.             backVertices.Add(v1 + t * (v2 - v1));
102.             backVertices.Add(cutPoint);
103.             backVertices.Add(point2);
104.             backVertices.Add(v1 + t * (v3 - v1));
106.             if (front1)
107.             {
108.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 6);
109.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 5);
110.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 4);
112.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 6);
113.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 5);
114.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 4);
115.             }
116.             else
117.             {
118.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 4);
119.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 5);
120.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 6);
122.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 4);
123.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 5);
124.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 6);
125.             }
127.             if (front2)
128.             {
129.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 5);
130.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 2);
131.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 4);
133.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 5);
134.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 2);
135.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 4);
136.             }
137.             else
138.             {
139.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 4);
140.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 2);
141.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 5);
143.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 4);
144.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 2);
145.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 5);
146.             }
148.             if (front3)
149.             {
150.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 6);
151.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 4);
152.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 3);
154.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 6);
155.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 4);
156.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 3);
157.             }
158.             else
159.             {
160.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 3);
161.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 4);
162.                 frontTriangles.Add(frontVertices.Count - 6);
164.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 3);
165.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 4);
166.                 backTriangles.Add(backVertices.Count - 6);
167.             }
168.         }
169.     }
171.     Mesh frontMesh = new Mesh();
172.     frontMesh.vertices = frontVertices.ToArray();
173.     frontMesh.triangles = frontTriangles.ToArray();
174.     frontMesh.RecalculateNormals();
175.     frontMesh.RecalculateUV2();
176.     frontMesh.RecalculateBounds();
178.     Mesh backMesh = new Mesh();
179.     backMesh.vertices = backVertices.ToArray();
180.     backMesh.triangles = backTriangles.ToArray();
181.     backMesh.RecalculateNormals();
182.     backMesh.RecalculateUV2();
183.     backMesh.RecalculateBounds();
185.     GameObject frontObj = new GameObject(”Front”);
186.     frontObj.transform.SetParent(obj.transform.parent);
187.     frontObj.transform.localPosition = obj.transform.localPosition;
188.     frontObj.transform.localRotation = obj.transform.localRotation;
189.     frontObj.transform.localScale = obj.transform.localScale;
190.     frontObj.AddComponent<MeshFilter>().mesh = frontMesh;
191.     frontObj.AddComponent<MeshRenderer>().sharedMaterial = obj.GetComponent<MeshRenderer>().sharedMaterial;
193.     GameObject backObj = new GameObject(”Back”);
194.     backObj.transform.SetParent(obj.transform.parent);
195.     backObj.transform.localPosition = obj.transform.localPosition;
196.     backObj.transform.localRotation = obj.transform.localRotation;
197.     backObj.transform.localScale = obj.transform.localScale;
198.     backObj.AddComponent<MeshFilter>().mesh = backMesh;
199.     backObj.AddComponent<MeshRenderer>().sharedMaterial = obj.GetComponent<MeshRenderer>().sharedMaterial;
201.     Object.Destroy(obj);
202. }

复制代码

在上面的代码中，我们首先获取了Mesh对象的顶点和三角形信息，然后按照切割平面将Mesh切割成两个子Mesh。在切割时，我们使用了Plane.GetSide方式来判断一个点在切割平面的哪一侧，使用了Plane.Raycast方式来求交点。最后，我们生成了两个新的Mesh对象，并将其添加参加景中。
三、总结
Mesh切割算法是游戏开发中非常重要的算法之一，它可以将一个Mesh切割成多个子Mesh，使得游戏更加真实和有趣。在Unity3D中，我们可以使用Plane类来暗示一个平面，使用Mesh.RecalculateNormals和Mesh.RecalculateUV2方式来从头计算法向量和UV。通过本文的介绍，相信读者已经掌握了Mesh切割算法的道理和代码实现。
附：视频教学