【游戏开发进阶】Unity网格探险之旅（Mesh | 动态合批 | 骨骼动画 | 蒙皮）

「爱情、让人受尽委屈。」 2022-10-04 15:44 284阅读 0赞

### 文章目录 ###

*   *   *  一、前言
         *  二、Hello Mesh
         *  三、萌新初识Mesh
         *   *  1、引擎内置的Mesh
             *  2、Mesh是什么
         *  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，  
![在这里插入图片描述][20210712103527436.png]  
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，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
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，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]  
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，  
![在这里插入图片描述][20210712134511505.gif]  
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。  
![在这里插入图片描述][20210712134828905.gif]  
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，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]  
是`Hello Mesh`！  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
（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  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
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，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

### 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，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
常见的建模软件比如  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]  
`3DS MAX`官网：[https://www.autodesk.com/products/3ds-max/overview][https_www.autodesk.com_products_3ds-max_overview]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]  
`MAYA`官网：[https://www.autodesk.com/products/maya/overview][https_www.autodesk.com_products_maya_overview]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]  
`blender`官网：[https://www.blender.org/][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，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 10]  
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，  
![在这里插入图片描述][20210714150456241.gif]

#### 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，  
![在这里插入图片描述][20210714142700962.gif]  
又比如文字，也是程序动态生成网格，  
![在这里插入图片描述][20210714143620885.gif]  
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。  
![在这里插入图片描述][2021071416103013.png]  
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][https_docs.unity3d.com_ScriptReference_MeshFilter.html]  
![在这里插入图片描述][20210714161847199.png]  
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：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]  
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 = GetComponent<MeshFilter>();
            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，  
![在这里插入图片描述][20210714173747631.gif]  
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][https_docs.unity3d.com_ScriptReference_MeshFilter-mesh.html]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]  
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][https_docs.unity3d.com_Manual_class-MeshRenderer.html]  
![在这里插入图片描述][20210714175933744.png]  
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  
![在这里插入图片描述][20210714174601154.gif]  
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。  
![在这里插入图片描述][20210714181432257.gif]

#### 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][https_docs.unity3d.com_Manual_class-SkinnedMeshRenderer.html]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 13]  
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，我这里附一个传送门：[《maya骨骼绑定入门教程》][maya]

制作好导出为`fbx`格式，  
![在这里插入图片描述][20210715085850116.png]  
将`fbx`文件导入到`Unity`中，选中它，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 14]  
在`Inspector`视图中点击`Rig`按钮，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 15]  
我们可以看到动画类型`Animation Type`有`None`、`Legacy`、`Generic`和`Humanoid`四个，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 16]  
具体选项可以参见`Unity`官方手册：[https://docs.unity3d.com/Manual/FBXImporter-Rig.html][https_docs.unity3d.com_Manual_FBXImporter-Rig.html]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 17]  
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`，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 18]  
在`Inspector`视图中我们就可以看到对应的骨骼绑定信息了，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 19]  
如下，绿色的线段就是一根根骨骼，  
![在这里插入图片描述][20210714193659494.gif]  
我们调整一根骨骼，对应的网格也会跟着一起动，如下  
![在这里插入图片描述][2021071509282071.gif]  
这样做出来的人形动画是可以进行复用了，有请妹子上场，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 20]  
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/][https_www.mixamo.com]，上面有很多做好的人形骨骼动画，  
![20200930214356397.gif][]  
看，是不是挺好玩的，  
![2021061917032588.gif][]  
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：

> 具体是怎么绑定动画的，我在之前这篇文章中有讲，感兴趣可以看看：[https://linxinfa.blog.csdn.net/article/details/118054075][https_linxinfa.blog.csdn.net_article_details_118054075]

![20210619174451132.gif][]  
![20210620112301867.gif][]  
![20210620120127844.gif][]

##### 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，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 21]  
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`：[https://linxinfa.blog.csdn.net/article/details/116666936][https_linxinfa.blog.csdn.net_article_details_116666936]  
![20210511194634963.gif][]  
我们再来看看`SkinnedMeshRenderer`脚本的属性和方法：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 22]  
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，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 23]  
如果每只皮卡丘身上都挂`SkinnedMeshRenderer`，那就是`100`个`SkinnedMeshRenderer`在计算蒙皮，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 24]

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：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 25]

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";
    
        List<Mesh> m_bakedMeshList = new List<Mesh>();
    
        /// <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：[《Unity 2D图片任意形状破碎碎裂效果，以此纪念我的牙光荣牺牲》][Unity 2D]  
![20210330164327764.gif][]  
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`，

var mesh = new 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，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 26]  
写成代码就是这样：

// 构建顶点坐标
    var vertices = new List<Vector3>();
    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：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 27]  
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：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 28]  
写成代码就是这样：

// 构建UV坐标
    var uvs = new List<Vector2>();
    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，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 29]  
当然也可以这样切分，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 30]  
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。

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 31]

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，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 32]  
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，

// 设置三角形序列
    var triangles = new int[] {
         0, 1, 2, 0, 2, 3 };
    mesh.SetTriangles(triangles, 0);

#### 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 List<Vector3>();
            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 List<Vector2>();
            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。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 33]  
再挂上我们上面写的`GenQuadMesh`脚本，赋值`mf`变量为`MeshFilter`对象，如下  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 34]  
运行`Unity`，看到一个紫色快，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 35]  
将`Scene`视图的模式设置为`Wireframe`，如下  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 36]  
现在我们可以看到我们动态创建的网格啦，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 37]  
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，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 38]  
给`MeshRenderer`设置材质球对象，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 39]  
重新运行`Unity`，效果如下，  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 40]

#### 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][https_codechina.csdn.net_linxinfa_unity-mesh-builder]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 41]

### 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][https_github.com_mattatz_unity-triangulation2D]  
![在这里插入图片描述][20210716085032707.gif]

#### 2、3D网格涂鸦 ####

项目地址：[https://github.com/mattatz/unity-teddy][https_github.com_mattatz_unity-teddy]  
![在这里插入图片描述][20210716085546343.gif]

#### 3、网格体素化 ####

项目地址：[https://github.com/Scrawk/Mesh-Voxelization][https_github.com_Scrawk_Mesh-Voxelization]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 42] ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 43]

#### 4、网格平滑算法 ####

项目地址：[https://github.com/mattatz/unity-mesh-smoothing][https_github.com_mattatz_unity-mesh-smoothing]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 44]

#### 5、网格切割 ####

项目地址：[https://github.com/hugoscurti/mesh-cutter][https_github.com_hugoscurti_mesh-cutter]  
![在这里插入图片描述][20210716090455208.gif] ![在这里插入图片描述][20210716090605190.gif]

#### 6、网格合并 ####

项目地址：[https://github.com/sanukin39/UniMeshCombiner][https_github.com_sanukin39_UniMeshCombiner]  
![在这里插入图片描述][20210716090823703.gif]

### 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。  
我是新发，喜欢我的文章可以点赞、关注，有任何技术上的疑问，欢迎留言或私信~

[20210712103527436.png]: /images/20221004/23275168593543b183bdc6a8afdc72a5.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221004/1df7ce5f24044b50a63f16015c3ecee8.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20221004/89e2aebab2e84f52b2f22af2b9cd8aa9.png
[20210712134511505.gif]: /images/20221004/203dc655ded44e08997de03e38cbeb35.png
[20210712134828905.gif]: /images/20221004/639e7a33802547b5bc904d905a660a9a.png
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[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20221004/8fa5f86e64ea47d4a625cbdd0dbad6a1.png
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[20210714150456241.gif]: /images/20221004/13d32f09749e4facb03eee7061d2f6e6.png
[20210714142700962.gif]: /images/20221004/136a7c647c3d4f4391a32a5f7ebbe21d.png
[20210714143620885.gif]: /images/20221004/9cafa15994c64281a87dd85b5549c23f.png
[2021071416103013.png]: /images/20221004/a80aea8453d44448891d92a143248fac.png
[https_docs.unity3d.com_ScriptReference_MeshFilter.html]: https://docs.unity3d.com/ScriptReference/MeshFilter.html
[20210714161847199.png]: /images/20221004/4349310bf15b4ad1bf786d33d367c418.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 11]: /images/20221004/630f4d85b0d748d98f15e6961a5406ff.png
[20210714173747631.gif]: /images/20221004/2ff245c6de5f4d19bd95431335c3e567.png
[https_docs.unity3d.com_ScriptReference_MeshFilter-mesh.html]: https://docs.unity3d.com/ScriptReference/MeshFilter-mesh.html
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 12]: /images/20221004/b08809bcf1f34d209edb157b128c1cdb.png
[https_docs.unity3d.com_Manual_class-MeshRenderer.html]: https://docs.unity3d.com/Manual/class-MeshRenderer.html
[20210714175933744.png]: /images/20221004/64177e125c924d949fd94268bf63145e.png
[20210714174601154.gif]: /images/20221004/d3d44792f2504f50ba15a40ba14bd2e6.png
[20210714181432257.gif]: /images/20221004/9823816f73da447f8a1a316d9a36ca2b.png
[https_docs.unity3d.com_Manual_class-SkinnedMeshRenderer.html]: https://docs.unity3d.com/Manual/class-SkinnedMeshRenderer.html
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2xpbnhpbmZh_size_16_color_FFFFFF_t_70 13]: /images/20221004/990fec26c40747b3b2cd097c18ebd5b2.png
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