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Unity3D关于模型变形技术代码实现

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本篇博客给读者介绍关于如何实现模型的变形，在项⽬开发中经常会涉及到模型的变形操作，⽐如如下效果图：

第⼀部分准备⼯作

⾸先在Unity中建⽴⼀个场景，在场景中放置⼀个球体，这个球体可以使⽤Max⼯具建⽴，在球体上放⼏张Materials，效果如下所⽰：

下⾯开始具体实现，创建⼀个新的MeshDeformer脚本来处理变形，就像⽴⽅体球体组件⼀样，它需要⼀个⽹格过滤器来处理。

usingUnityEngine;[RequireComponent(typeof(MeshFilter))]publicclassMeshDeformer:MonoBehaviour{}

将新组件脚本添加到球体上

接下来要读取⽹格数据，要进⾏任何变形，我们需要访问⽹格。⼀旦我们有了⽹格，我们可以提取原始的顶点位置，我们还必须在变形期

间跟踪位移的顶点。

MeshdeformingMe彼岸花的图片 sh;Vector3[]originalVertices,displacedVertices;

实现⽅式，在Start⽅法中获取⽹格及其顶点，并将原始顶点复制到移动的顶点。

voidStart(){deformingMesh=GetComponent().mesh;originalVertices=es;displacedVertices=newVector3[orig

];for(inti=0;i<;i++){displacedVertices[i]=originalVertices[i];}}

我们使⽤的是Start，因此也可以在Awake中⽣成过程⽹格，这⾸先被调⽤，这种⽅法依赖于其他组件在Awake中的执⾏顺序，您还可以

调整脚本执⾏顺序，以强制执⾏谁是第⼀个和最后⼀个。

另外，顶点随着⽹格变形⽽移动，所以我们也要存储每个顶点的速度。

Vector3[]vertexVelocities;voidStart(){…vertexVelocities=newVector3[];}

第⼆部分⽹格变形输⼊

我们需要⼀些⽅法来控制⽹格如何变形，我们将使⽤⽤户输⼊，因此是交互式的，每当⽤户触摸我们的对象时，我们将在这⼀点施加⼒

量。

另外，MeshDeformer组件负责实际的变形，但不关⼼输⼊，我们应该创建⼀个单独的组件来处理⽤户输⼊，给它⼀个可配置的输⼊⼒。

usingUnityEngine;publicclassMeshDeformerInput:MonoBehaviour{publicfloatforce=10f;}

在这⾥要注意，将这个组件附加到相机是最有意义的，我们不应该将其附加到变形⽹格物体，因为场景中可能有多个。

具体操作时，当按住默认⿏标按钮时，我们将处理⽤户的输⼊，所以每当有点击或拖动时，只要⽤户按住。

voidUpdate(){if(seButton(0)){HandleInput();}}

现在我们必须弄清楚⽤户指向的位置，我们通过将相机的光线投射到场景来做到这⼀点，我们将抓住场景的摄像头，

并使⽤它将光标位置转换为光线。

voidHandleInput(){RayinputRay=PointToRay(osition);}

我们使⽤物理引擎投射射线并存储关于它所击中的信息，如果射线与某物相撞，我们可以从被击中的对象中检索出MeshDeformer组件。

RayinputRay=PointToRay(osition);RaycastHithit;if(t(inputRay,outhit)){MeshDeformerdefor

mer=ponent();}

如果我们射线击中了⼀些东西，那东西有⼀个MeshD七律长征的意思诗意 eformer组件，那么我们可以改变⼀些东西！所以继续在接触点增加变形⼒。

MeshDeformerdeformer=ponent();if(deformer){Vector3point=;ormingForce(p

oint,force);}

当然，假设我们的MeshDeformer组件具有AddDeformingForce⽅法。所以添加这个⽅法。不过，我们还没有做任何变形。⾸先，

只需从主摄像头画⼀个调试线就可以看出光线。

publicvoidAddDeformingForce(Vector3point,floatforce){ne(on,point);}

当⽹状物体被⽤户戳戳和凹陷。这要求接触点附近的顶点被推⼊表⾯。然⽽，变形⼒没有固有的⽅向。它将在各个⽅向均匀地应⽤。这

将导致平坦表⾯上的顶点被推开，⽽不是向内推。

我们可以通过将⼒点拉离表⾯来增加⽅向，稍微偏移已经确保顶点总是被推⼊表⾯，接触点的法线可以⽤作偏移⽅向。

publicfloatforceOffset=0.1f;voidHandleInput(){RayinputRay=PointToRay(osition);RaycastHithit;if(Physics.

Raycast(inputRay,outhit)){MeshDeformerdeformer=ponent();if(deformer){Vector3point=;poi

nt+=*forceOffset;ormingForce(point,force);}}}

第三部分基本变形

接下来，ormingForce必须循环遍历所有当前位移的顶点，并将变形⼒单独应⽤于每个顶点。

publicvoidAddDeformingForce(Vector3point,floatforce){for(inti=0;i<;i++){AddForceToVertex(i,point,force);}}voi

dAddForceToVertex(inti,Vector3point,floatforce){}

⽹格因为向每个顶点施加⼒⽽变形，当顶点被推动时，它们获得速度，随着时间的推移，顶点都改变了它们的位置。如果所有顶点都会遇

到完全相同的⼒，整个物体将会移动⽽不改变其形状，但他们没有。

我们需要知道每个顶点的变形⼒的⽅向和距离，两者都可以从从⼒点指向顶点位置的向量导出。

voidAddForceToVertex(inti,Vector3point,floatforce){Vecto江南无所有聊赠一枝春全诗 r3pointToVertex=displacedVertices[i]-point;}

现在可以使⽤反平⽅律找到衰减⼒，将原始⼒除以距离平⽅：

Fv=Fd2Fv=Fd2.

其实，我除以⼀加⼀个平⽅的距离：

Fv=F1+d2Fv=F1+d2.

这保证当距离为零时，⼒处于全强度。否则，⼒将在⼀个距离处的全强度，并且朝着⽆限远射击越接近点。

Vector3pointToVertex=displacedVertices[i]-point;floatattenuatedForce=force/(1f+nitude);

实际上，⼒⾸先被转换为加速度通道：

a=Fma=Fm.然后发现速度的变化：v=atv=at.为了保持简单，我们将忽略质量，就好像它是每个顶点⼀样

v=Ftv=Ft.

Vector3pointToVertex=displacedVertices[i]-point;floatattenuatedForce=force/(1f+nitude);floatvelocity=attenuatedForce

*ime;

那么在这⼀点上，我们有⼀个速度，但还没有⼀个⽅向。我们发现通过归⼀化我们开始的向量，然后我们可以将结果添加到顶点速度。

Vector3po嫁给屠夫夫君(重生) intToVertex=displacedVertices[i]-point;floatattenuatedForce=force/(1f+nitude);floatvelocity=attenuatedForce

*感慨时光流逝的唯美句子 ime;vertexVelocities[i]+=ized*velocity;

现在顶点有速度，我们可以移动它们，添加更新⽅法来处理每个顶点，然后，将替换顶点分配给⽹格，使其实际上发⽣变化。因为⽹格的

形状不再是常数，所以我们也必须重新计算其法线。

voidUpdate(){for(inti=0;i<;i++){UpdateVertex(i);}es=displacedVertices;

calculateNormals();}

另外，更新顶点是调整其位置的问题：

p=vtp=vt.

voidUpdateVertex(inti){Vector3velocity=vertexVelocities[i];displacedVertices[i]+=velocity*ime;}

⼀旦我们向他们施加⼀些⼒量，顶点现在开始移动。但他们不停⽌。它们保持移动，物体的原始形状将丢失。现在让对象反弹回原来的形

状。

真实物体是坚实的，并在变形时被压缩和拉伸。他们抵制这种变形。他们也可以在不受⼲扰的情况下恢复原状。

它们只是⼀个描述表⾯的顶点的集合，我们不能⽤这个进⾏现实的物理模拟。但这不是问题，我们真正需要的是⼀些看起来很可信的东

西。

我们跟踪每个顶点的原始位置和变形位置，想象⼀下，我们在每个顶点的两个版本之间连接弹簧。每当变形的顶点离开原稿时，弹簧就会

拉回来。变形顶点越远，弹簧的拉⼒越强。

我们可以直接使⽤位移⽮量作为速度调节，乘以可配置的弹簧⼒。这很简单，看起来不错。每次顶点更新时，我们都会这样做。

publicfloatspringForce=20f;voidUpdateVertex(inti){Vector3velocity=vertexVelocities[i];Vector3displacement=displacedVertices[i]-originalVer

tices[i];velocity-=displacement*springForce*ime;vertexVelocities[i]=velocity;displacedVertices[i]+=velocity*ime;}

我们的顶点现在可以抵抗变形并跳回到原来的位置。但是他们超越并保持反弹，没有结束。发⽣这种情况是因为弹簧

在顶点⾃⾝修正时保持拉动，从⽽提⾼其速度，它回落太远后才减速。

我们可以通过不断降低顶点来防⽌这种永恒的振荡，这种阻尼效果是电阻，阻⼒，惯性等的替代。这是⼀个随着时间

的推移降低速度的简单因素：

vd=v(1−dt)vd=v(1-dt).

它的压⼒越⾼，物品的弹性越少，物体的出现越慢。

publicfloatdamping=5f;voidUpdateVertex(inti){Vector3velocity=vertexVelocities[i];Vector3displacement=displacedVertices[i]-originalVertices

[i];velocity-=displacement*springForce*ime;velocity*=1f-damping*ime;vertexVelocities[i]=velocity;displacedVertices[i

]+=velocity*ime;}

我们的⽹格变形现在完全正常，除⾮我们转换对象。我们的所有计算都在本地执⾏。继续前进，移动或旋转我们的球体。您将看到变形⼒

将不正确地应⽤。

我们必须补偿对象的转换，我们通过将变形⼒从世界空间的位置转换为局部空间来实现。

publicvoidAddDeformingForce(Vector3point,floatforce){point=eTransformPoi汉字偏旁部首大全 nt(point);for(inti=0;i<;

i++){AddForceToVertex(i,point,force);}}

⼒量现在应⽤在正确的地⽅，均匀地将球体向上或向下缩放，你会注意到变形量相同的量，这不正确。⼩⽽⼤的物体应该接受相同的物

理学。

floatuniformScale=1f;voidUpdate(){uniformScale=cale.x;…}

现在通过使⽤统⼀⽐例缩放pointToVertex向量来修复AddForceToVertex，这确保我们使⽤正确的距离。

voidAddForceToVertex(inti,Vector3point,floatforce){Vector3pointToVertex=displacedVertices[i]-point;pointToVertex*=uniformScale;floatatt

enuatedForce=force/(1f+nitude);floatvelocity=attenuatedForce*ime;vertexVelocities[i]+=

alized*velocity;}

另外，对UpdateVertex中的位移执⾏相同操作，现在我们的速度是正确的。

voidUpdateVertex(inti){Vector3velocity=vertexVelocities[i];Vector3displacement=displacedVertices[i]-originalVertices[i];displacement*=unifor

mScale;velocity-=displacement*springForce*ime;velocity*=1f-damping*ime;vertexVelocities[i]=velocity;displacedVer

tices[i]+=velocity*ime;}

然⽽，我们的速度现在对于没有缩放的对象是正确的，由于我们的对象实际上是缩放的，所以我们也必须调整顶点运动。这次我们必须分

⽽不是乘。

displacedVertices[i]+=velocity*(ime/uniformScale);

最后，在任何位置，旋转和均匀刻度上⼯作的变形⽹格，请记住，这是⼀个简单⽽相对便宜的视觉效果。它不是⼀个软体物理模拟。物体

的碰撞物不改变，所以物理引擎不知道对象的感知形状。

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