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Unity3D: Mesh切割算法详解

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kicc
发表于 2024-7-15 18:35 | 显示全部楼层 |阅读模式
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
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