Unity网格篇Mesh（一）

本文的目标

• 创建网格坐标
• 使用携程计算他们位置
• 利用三角形确定一个面
• 自动生成法线
• 添加纹理坐标和切线

这篇教程中我们将利用顶点和三角面创建一个网格。

原英文篇

1.渲染

• 如果你想要在Unity显示一些东西，你需要一个网格。他可以是一个3D模型从另一个程序倒入的（3dmax，maya）。它也可以是程序生成的网格。它可以是精灵、UI元素或者是粒子系统，它们一样都是使用unity网格，甚至是屏幕特效也是使用网格渲染的。
• 什么是网格？概念上来说网格由图形硬件（GPU Graphics Processing Unit图形处理单元）构成来绘制复杂的材料。它至少包含一组在3D空间中位置明确的点再加一组三角形构成。
• 最基础的2D图形，由点连接组成，面上的三角形就是此类网格的代表。
• 因为三角形是平坦的并且拥有直边，所以他们可以完美地被用来显示平坦的和连续的东西，像一个立方体的面孔。曲面的或者是圆的面只能被大量小的三角形来接近组成。如果三角面足够的小（不大于一个像素），那么你就不会感觉曲面和圆是由三角面组成的。从实时性能角度来讲通常这种情况是不可能的，所以我们总能够在面的某个程度上发现锯齿。

仔细看下面的图你会发现，锯齿状

网格图如下

Unity自带的胶囊体，立方体和球体 着色vs线框

如何显示线框
再视图左上角选择Display Mode，前三个选项分别是Shaded（着色）、Wireframe（线框）和Shaded
Wireframe着色并带着线框

• 如果你想要展示一个3D游戏物体，它必须拥有两个组件。
• MeshFilter这个组件记录了你想要展示的网格数据
• MeshRenderer使用这个组件告诉网格如何渲染，比如使用哪个材质球，是否接受阴影和其他设置。
  

为什么是一个材质球数组？
一个网格渲染器可以有多个材质球，它通常被用来渲染多组三角面，也成为子网格。它通常在外界导入的模型中使用，本片文章不使用多个材质球。

• 你可以完全改变网格的显示效果通过调整材质球。Unity默认的材质球是简单的白色立体。你可以自己创建一个新的材质球通过Assets->Create->Material并拖拽到你的游戏物体上来代替它。新的材质球默认为Unity Standard Shader，你可以调节这个材质球的属性得到你想要的模型表现，如果你会写Shader你可以创建自己的Shader。
• 一个快速添加细节的方法是给你的网格提供一个反射贴图，这个纹理描绘了材质球的基础颜色。当然我们需要知道如何投射纹理到网格的三角面上。这需要添加2D纹理坐标到定点上。这二维纹理空间被称为U和V，也是常说的UV坐标。UV坐标通常在（0,0）到（1,1）之间，它覆盖了整个纹理。超出范围的坐标将造成clamped或者Tiling平铺的效果，这取决于纹理设置。
  
  
  

2.创建网格顶点

如何创建自己的网格？
通过创建一个简单的矩形网格来了解一下。这个网格将包括方形瓷砖（单位长度的四边形）。创建一个新的C#脚本并加入水平和垂直尺寸。

using UnityEngine;
using System.Collections; //协程使用

//依赖组件（使用时当该脚本挂载到游戏对象身上会自动添加下面两个组件，作为该脚本的依赖项）
[RequireComponent(typeof(MeshFilter),typeof(MeshRenderer))] 
public class Grid : MonoBehaviour  {
    
    

    /// <summary>
    /// 矩阵x，y位置
    /// </summary>
    public int xSize, ySize;
}

这时我们创建一个空物体并挂在组件，它将自动同时添加MeshFilter和MeshRenderer组件。设置MeshRender的材质并确保MeshFilter的mesh属性为未定义。并设置网格尺寸为x = 10和 y = 5。

• 现在我们先考虑定点位置稍后处理三角面序号。我们需要一个数组存储3D顶点位置。顶点的数量取决于网格的尺寸。我们需要获取每个四边形的顶点，但是相邻的四边形可以共享相同的顶点。所以每个维度上顶点数量比网格数多一个。
  

4 x 2网格

    /// <summary>
    /// 网格顶点坐标
    /// </summary>
    private Vector3[] vertices;

    private void Generate()
    {
    
    
        vertices = new Vector3[(xSize + 1) * (ySize + 1)];
    }

• 我们在场景中绘制这些顶点，这样我们就可以正确地核对他们的位置。利用OnDrawGizmos方法来挥之顶点的位置，利用OnDrawGizmos在每个顶点绘制一个小球。

    private void OnDrawGizmos()
    {
    
    
        Gizmos.color = Color.black;
		if (vertices == null) return;
        for (int i = 0; i < vertices.Length; i++)
        {
    
    
            Gizmos.DrawSphere(vertices[i],0.1f);
        }
    }

• 什么是Gizmos？
• 在编辑器模式下Gizmos可以提供可视化的提示。他们只在Scene场景中显示不在PLay模式下显示，但是你可以通过工具栏调整它们。Gizmos公共类允许你绘制图表，线条，和其他的东西。
• Gizmos在OnDrawGizmos方法中执行绘制，它被Unity编辑器自动调用。另一个可选的方法是OnDrawGizmosSelected，他只能被可选的对象调用。
• 上面的没有画出来是因为Vector3数组为空，所以我们将其Generate方法修改一下

    private void Generate()
    {
    
    
        vertices = new Vector3[(xSize + 1) * (ySize + 1)];
        for (int i = 0, y = 0; y <= ySize; y++)
        {
    
    
            for (int x = 0; x <= xSize; x++, i++)
            {
    
    
                vertices[i] = new Vector3(x, y);
            }
        }
    }

• 生成真实的网格在物理被唤醒的时候，Awake方法将在我们游戏运行模式时自动调用。

  private void Awake()
    {
    
    
        Generate();
    }

网格的顶点

• 为什么在Gizmos绘制不能被移动？
• Gizmos直接使用世界坐标绘制，不是使用对象的本地坐标系，如果你想遵循对象Transform组件，你必须声明使用transform.TransformPoint(vertices[i])代替vertices[i].
• 现在我们可以看见这些顶点，但是他们生成的顺序我们不能明显地看出来。我们可以使用颜色来标识，但是我们也可以使用协程减慢这个过程的速度。
  观察顶点逐个生成

3.创建网格

• 现在我们知道顶点的位置是正确的，接下来我们就处理真正的网格。初次之外我们想要我们的组件持有这些顶点，我们必须要把顶点指定到MeshFilter.mesh中。我们处理过顶点之后，就可以网格存储在MeshFilter中。修改如下

    private Mesh mesh;

    private IEnumerator Generate()
    {
    
    
        WaitForSeconds wait = new WaitForSeconds(0.05f);
        GetComponent<MeshFilter>().mesh = mesh = new Mesh();
        mesh.name = "Procedual Grid";
        vertices = new Vector3[(xSize + 1) * (ySize + 1)];
        for (int i = 0, y = 0; y <= ySize; y++)
        {
    
    
            for (int x = 0; x <= xSize; x++, i++)
            {
    
    
                vertices[i] = new Vector3(x, y);
                yield return wait;
            }
        }

        mesh.vertices = vertices;
    }

• 如何让组件持有网格？
• 大家可能发现MeshFilter组件的Mesh属性只有在Play模式下才能看得到，在Editor模式下是不存在的，这里我们需要如何才能将网格持久化保存呢。持久化

网格只在Play模式下显示

• 到目前，在Play模式下我们可以持有一个网格，但是它依旧是不可见的，因为我们并没有给它任何三角面。三角面由定点数组索引决定。每一个三角面有三个顶点，三个连续的顶点绘制了一个三角形，让我们来先绘制第一个三角面。修改如下

    private IEnumerator Generate()
    {
    
    
        WaitForSeconds wait = new WaitForSeconds(0.05f);
        GetComponent<MeshFilter>().mesh = mesh = new Mesh();
        mesh.name = "Procedual Grid";
        vertices = new Vector3[(xSize + 1) * (ySize + 1)];
        for (int i = 0, y = 0; y <= ySize; y++)
        {
    
    
            for (int x = 0; x <= xSize; x++, i++)
            {
    
    
                vertices[i] = new Vector3(x, y);
                yield return wait;
            }
        }

        mesh.vertices = vertices;
        DrawFaces(mesh);
    }

    /// <summary>
    /// 绘制三角面
    /// </summary>
    private void DrawFaces(Mesh mh)
    {
    
    
        int[] triangles = new int[3];
        triangles[0] = 0;
        triangles[1] = 1;
        triangles[2] = 2;
        mesh.triangles = triangles;
    }

• 这时候我们发现绘制了一个三角面，但是由于这三个顶点在一条直线上，所以生成了一个失败的三角形，它是不可见的一条线。如下图
  
• 第三个顶点我们将其转到下一行的第一个顶点。

        triangles[0] = 0;
        triangles[1] = 1;
        triangles[2] = xSize + 1;

• 通过以上操作，我们绘制了一个三角形，但是它只能在一个方向可见。这种情况下，只有Z轴的反方向可见，所以你可能需要旋转视角才能看得到。
  
• 三角形的哪一面可见是由定点序号的方向来确定的。默认情况下，如果定点顺序是顺时针方向的话那么三角形就是正面可见。逆时针（就是逆屏幕方向）的三角形是被抛弃的，所以我们不必花费时间去渲染这部分定点，以为他们通常都是不可见的。
  

逆时针和顺时针三角形

• 所以为了实线从Z轴负方向到正方向可见，我们必须改变顺序相反的顶点的位置。我们交换后两个顶点的序号即可。

        triangles[0] = 0;
        triangles[1] = xSize + 1;
        triangles[2] = 1;

第一个三角面

• 现在我们绘制了一个三角面只覆盖了一个四方瓦片的一半，为了覆盖整个瓦片，我们需要第二个三角形面。

int[] triangles = new int[6];
triangles[0] = 0;
triangles[1] = xSize + 1;
triangles[2] = 1;
triangles[3] = 1;
triangles[4] = xSize + 1;
triangles[5] = xSize + 2;

一个四边形由两个三角面组成

• 既然这些顶点共用两个顶点，我们就可以减少我们代码的行数，明确地提到每个顶点索引只有一次。

triangles[0] = 0;
triangles[3] = triangles[2] = 1;
triangles[4] = triangles[1] = xSize + 1;
triangles[5] = xSize + 2;

第一个四边形

• 我们可以通过循环来创建剩余第一行的瓦片。尽管我们遍历所有的顶点和三角面序号，但是我们必须要保证顶点和三角面序号是按照顺序的。我们把Yield代码的声明放到循环里，我们就不需要等待顶点的出现了。

    private IEnumerator Generate()
    {
    
    
        WaitForSeconds wait = new WaitForSeconds(0.05f);
        GetComponent<MeshFilter>().mesh = mesh = new Mesh();
        mesh.name = "Procedual Grid";
        vertices = new Vector3[(xSize + 1) * (ySize + 1)];
        for (int i = 0, y = 0; y <= ySize; y++)
        {
    
    
            for (int x = 0; x <= xSize; x++, i++)
            {
    
    
                vertices[i] = new Vector3(x, y);
                yield return wait;
            }
        }

        mesh.vertices = vertices;

        int[] triangles = new int[6 * xSize];
        for (int ti = 0, vi = 0, x = 0; x < xSize; x++, ti += 6, vi++)
        {
    
    
            triangles[ti] = vi;
            triangles[ti + 3] = triangles[ti + 2] = vi + 1;
            triangles[ti + 4] = triangles[ti + 1] = vi + xSize + 1;
            triangles[ti + 5] = vi + xSize + 2;
            yield return wait;
        }
        mesh.triangles = triangles;
        yield return wait;
    }

• 现在，Gizmos可以立刻渲染出顶点，并且所有的三角面在一段时间后统一出现。要想看到瓦片一个接一个的出现，我们必须每次循环都刷新网格代替掉执行完所有循环刷新。

mesh.triangles = triangles;
yield return wait;

填充剩余网格

• 正如你所能看到的，所有的网格都被三角面填充，每一行都是同时填充，因为我们使用了协程。如果你对想过感到满意，你可以移除掉所有的协程代码，这样网格创建就没有任何的延迟了。

private void Awake () 
{
    
    
    Generate();
}

private void Generate () 
{
    
    
    GetComponent<MeshFilter>().mesh = mesh = new Mesh();
    mesh.name = "Procedural Grid";

    vertices = new Vector3[(xSize + 1) * (ySize + 1)];
    for (int i = 0, y = 0; y <= ySize; y++) {
    
    
        for (int x = 0; x <= xSize; x++, i++) {
    
    
            vertices[i] = new Vector3(x, y);
        }
    }
    mesh.vertices = vertices;

    int[] triangles = new int[xSize * ySize * 6];
    for (int ti = 0, vi = 0, y = 0; y < ySize; y++, vi++) {
    
    
        for (int x = 0; x < xSize; x++, ti += 6, vi++) {
    
    
            triangles[ti] = vi;
            triangles[ti + 3] = triangles[ti + 2] = vi + 1;
            triangles[ti + 4] = triangles[ti + 1] = vi + xSize + 1;
            triangles[ti + 5] = vi + xSize + 2;
        }
    }
    mesh.triangles = triangles;
}

• 为什么不使用单个四边形?
• 当我们创建一个平面矩形，我们可以仅仅使用两个三角面。这没有问题。但是更多的顶点结构也可以提供更多的控制和表现。这里也只是一个实验!
  

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