GitHub - hj9944/Unity_Mesh: 深入理解unity网格(mesh)的原理和应用

第一部分：概念初析，快速理解

今天我们来唠唠Mesh这个熟悉而陌生的代名词，当然我们不是说网络模型中的Mesh，而是渲染中Mesh 网格。Mesh，俗称网格。

在计算机图形学中，Mesh是指模型的网格，我们都知道，点连成线，线连成面，面连成体，3D模型是由多边形拼接而成，而多边形实际上是由多个三角形拼接而成的，所以在三维空间中，构成这些三角形的点和边的集合就是Mesh。而通用的一些三维软件可以神奇快速生成Mesh，例如：3DMax、Maya、Cinema 4D、Blender等三维软件。针对网格的属性，建模软件的3D物体，或者程序生成的网格，网格由图形硬件（GPU Graphics Processing Unit图形处理单元）构成来绘制复杂的材料/东西。

接着，我们深度来认识Unity中的Mesh，我们都知道Unity是基于Mesh去做渲染的，也就是说在Unity里看见东西的话，就必须要使用Mesh，一般Unity模型的信息也会存到Mesh。Unity其实也提供一个Mesh类，允许脚本来创建和修改，通过Mesh类能生成或修改物体的网格，能做出非常酷炫的物体变形特效。其原理是：网格(Mesh)代表的是单个的可绘制实体，我们可以先来定义一个我们自己的网格类；Mesh filter 网格过滤器从资源中拿出网格并将其传递给MeshRender，用于绘制；导入模型的时候，Unity会自动创建一个这样的组件，Mesh 是网格过滤器实例化的Mesh， Mesh中存储物体的网格数据的属性和生成或修改物体网格的方法。

Unity 官方学习文档：https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Mesh.html

Unity 官方项目库：https://github.com/Unity-Technologies/MeshSyncDCCPlugins

Mesh是Unity内的一个组件，称为网格组件。

Mesh主要分为三大部分：

Mesh 网格
MeshFilter 网格过滤器
Mesh Renderer 网格渲染器

**Mesh：**是指模型的网格，建模就是建网格。细看Mesh，可以知道Mesh的主要属性内容包括顶点坐标、法线、纹理坐标、三角形绘制序列等其他有用属性和功能。因此建网格，就是画三角形；画三角形就是定位三个点。

**Mesh Filter：**内包含一个Mesh组件，可以根据MeshFilter获得模型网格的组件，也可以为MeshFilter设置Mesh内容。

**Mesh Render：**是用于把网格渲染出来的组件。MeshFilter的作用就是把Mesh扔给MeshRender将模型或者说是几何体绘制显示出来。

**Mesh的属性：**Unity中mesh主要通过Vertexs(顶点)、Normals(法线)、Triangles(三角面)、UVs(uv坐标)这四个部分数据生成。

顶点坐标（vertex）
法线（normal）
纹理坐标（uv）
三角形序列（triangle）

**顶点坐标(vertice)：**顶点坐标数组存放Mesh的每个顶点的空间坐标，假设某Mesh有n个顶点，则Vertex的size为n个。

**法线(normals)：**法线数组存放Mesh每个顶点的法线，大小与顶点坐标对应，Normal[i]对应顶点Vertex[i]的法线。

**纹理坐标(uv)：**它定义了图片上每个点的位置的信息，这些点与3D模型是相互联系的, 以决定表面纹理贴图的位置。uv是网格的基础纹理坐标，就是将图像上每一个点精确对应到模型物体的表面，uv[i]对应vertex[i] ； uv2：网格设定的第二个纹理坐标。

切线(tangents)： 网格的切线数组。

网格的包围盒(bounds)： 网格的包围盒。

顶点颜色(colors)： 网格的顶点颜色数组。

三角面(triangles)： 包含所有三角形的顶点索引数组、vectexCount 网格中的顶点数量(只读的)、subMeshCount 子网格的数量，每个材质都有一个独立的网格列表。

骨骼权重( bonesWeights)： 每个顶点的骨骼权重。

**绑定姿势(bindposes)：**绑定姿势，每个索引绑定的姿势使用具有相同的索引骨骼。

**三角形序列：**每个mesh都由若干个三角形组成，而三角形的三个点就是顶点坐标里的点，三角形的数组的size = 三角形个数 * 3。

**Mesh Render：**是负责渲染的，将Mesh Filter里的Mesh通过自身的Materials渲染出来。设置完材质后，我们需要将纹理贴图与网格顶点一一对应起来，这样才能渲染出来。

**Mesh：**是指模型的网格，建模就是建网格。细看Mesh，可以知道Mesh的主要属性内容包括顶点坐标，法线，纹理坐标，三角形绘制序列等其他有用属性和功能。因此建网格，就是画三角形，画三角形就是定位三个点。

**CPU：**FBX - Meshrender （FBX通过Meshrender渲染出来）。

FBX（模型文件）： 包含 uv 顶点位置信息法线切线等渲染所需要的信息。

**MeshRender：**将这些信息传递给GPU。

Skin Mesh Render: 带有蒙皮的骨骼。

Mesh Render Mesh Filter： Mesh Render主要将顶点等信息传递给GPU。

**Mesh Filter：**表示将那个模型的信息传递给GPU。

Mesh的主要优势：

A、应用范围广泛，强大的换装游戏、Navmesh寻路系统、酷炫的游戏特效、人工智能虚拟角色赋予人性虚拟偶像、表情形变驱动等，都可以通过Mesh 实现

B、Mesh 扩展性强，无论是哪种语言，它的概念是确定的。

第二部分：实战应用

实战一：基于Mesh 的基础实操。

1、创建一个新的Mesh。

using UnityEngine;
public class Example : MonoBehaviour
{
    Vector3[] newVertices;
    Vector2[] newUV;
    int[] newTriangles;
   void Start()
    {
        Mesh mesh = new Mesh();
        GetComponent<MeshFilter>().mesh = mesh;
        mesh.vertices = newVertices;
        mesh.uv = newUV;
        mesh.triangles = newTriangles;
    }
}

2、为Mesh修改顶点属性。

using UnityEngine;
public class Example : MonoBehaviour
{
    void Update()
    {
        Mesh mesh = GetComponent<MeshFilter>().mesh;
        Vector3[] vertices = mesh.vertices;
        Vector3[] normals = mesh.normals;
       for (var i = 0; i < vertices.Length; I++)
        {
            vertices[i] += normals[i] * Mathf.Sin(Time.time);
        }
       mesh.vertices = vertices;
    }
}

3、为Mesh增加UV坐标。

uv坐标：uv坐标就是横坐标为u,纵坐标为v的一个坐标系,一般取值范围是在(0,1)之间。它代表贴图信息的位置关系,贴图每个像素点对应上的具体位置。

Vector2[] uvs = new Vector2[3];
uvs[0] = new Vector2(0, 0);
uvs[1] = new Vector2(0.5f, 0);
uvs[2] = new Vector2(0, 0.5f);
CurMesh.uv = uvs;

4、为Mesh增加法线。

法线分为顶点法线和面法线。在这个三角面上有三个顶点和一个三角面,对应的也就有3个顶点法线和一个面法线,法线垂直于点、面，方向朝外是一个向量。

Vector3[] tempNormals = new Vector3[3];
tempNormals[0] = new Vector3(0, 0, -1);
tempNormals[1] = new Vector3(0, 0, -1);
tempNormals[2] = new Vector3(0, 0, -1);
CurMesh.normals = tempNormals;

实战二：来自三方的实战分享

1、Unity Mesh基础应用。

1.1 Unity Mesh基础图形的创建，从基础图形到几何体，可以参考项目中的例子： https://github.com/mattatz/unity-mesh-builder

1.2 Unity Mesh 简单创建： https://github.com/ecidevilin/UnityMeshSimplify

1.3 Mesh 切割-案例一： https://github.com/mattatz/unity-mesh-slicing

1.4 Mesh 切割-案例二： https://github.com/hugoscurti/mesh-cutter

1.5 Mesh 破裂效果: https://github.com/ElasticSea/unity-fracture

1.6 跃动的小球： https://github.com/XJINE/Unity_OverReaction

1.7 模拟绳子效果： https://github.com/Yellowjump/unity_mesh_rope

1.8 创建Mesh 顶点图片： https://github.com/kaiware007/UnityMeshVertexTexture

1.9 Unity 官方的Mesh API： https://github.com/Unity-Technologies/MeshApiExamples

1.10 Unity框线网格生成： https://github.com/miguel12345/UnityWireframeRenderer