Unity网格变形开源库测评

Posted 2020-12-05 uwatechnologies

【博物纳新】是UWA旨在为开发者推荐新颖、易用、有趣的开源项目，帮助大家在项目研发之余发现世界上的热门项目、前沿技术或者令人惊叹的视觉效果，并探索将其应用到自己项目的可行性。很多时候，我们并不知道自己想要什么，直到某一天我们遇到了它。

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简介

Deform是一个Unity的网格变形工具框架，使用JoySystem+Burst编译器工作，在CPU端获得更好的性能。它拥有便捷易用的Editor工具，可实现包括Blend、Twist等内置的40多种变形效果，当然也支持用户自己编写的Custom Deformer。

以下为部分效果图： 

 

每一种类型的变形效果称为Deformer，而接收变形效果的网格物体称为Deformable。在每一类Deformer中会把计算量较大的顶点位置计算逻辑定位为IJobParallelFor类型的Job。

以下为预制的膨胀变形器BulgeDeformer中定义的网格顶点位置算法：

[BurstCompile(CompileSynchronously = COMPILE_SYNCHRONOUSLY)]
public struct BulgeJob : IJobParallelFor
{
    public float factor;
    public float top;
    public float bottom;
    public bool smooth;
    public float4x4 meshToAxis;
    public float4x4 axisToMesh;
    public NativeArray<float3> vertices;

    public void Execute(int index)
    {
        var point = mul(meshToAxis, float4(vertices[index], 1f));

        var normalizedDistanceBetweenBounds = (clamp(point.z, bottom, top) - bottom) / (top - bottom);
        if (smooth)
            normalizedDistanceBetweenBounds = smoothstep(0f, 1f, normalizedDistanceBetweenBounds);
        var signedDistanceBetweenBounds = (normalizedDistanceBetweenBounds - 0.5f) * 2f;

        point.xy *= signedDistanceBetweenBounds * signedDistanceBetweenBounds * -factor + factor + 1f;

        vertices[index] = mul(axisToMesh, point).xyz;
    }
}

　　

其在运行时在Timeline中查看Job Thread上的运行情况如下：

 

在运行时，所有需要应用变形的网格Deformables由一个DeformableManager管理，控制每一个网格的准备工作、变形计算、等待完成。再由每个Deformable安排其上Deformer的Job进行工作，以实现较好的性能。

开源库链接：https://lab.uwa4d.com/lab/5cabb5ad72745c25a82d8d64

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使用说明

首先，你需要一个2018.3+的Unity版本，然后按照开源库中的安装说明安装一下即可。

打开Unity编辑器，可以在菜单栏中找到Tools -> Deform -> Creator Window，打开编辑面板。

点击【Create Deformable】即可快速创建一个约3000面的Deformable了。

 

接下来选中Deformable Object，点击Create Window面板中想要添加的预制Deformer，即可自动完成添加，这里选择一个Bulge类型的Deformer如下图：

 

然后只要修改Bulge Deformer的参数即可看到网格变形的效果了。

 

此外，Deformer还支持将变形后的网格保存成资源。

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性能测评

本期的性能测评使用UWA GOT Online在小米8和三星S6两个中高端设备上进行了同屏压力测试。通过添加不同个数的Bulge Deformer的Deformable GameObject比较性能差异。测试用例的截图如下：

得到在两个设备上的FPS帧率信息如下：

在小米8上Deformable从1个添加到45个，帧率一直稳定在59帧左右：

 

而在三星S6上，当Deformable达到30个时开始掉帧，最终在Deformable添加到45个时掉到了27帧左右。 

 

在CPU耗时方面，主线程的耗时主要集中在DeformableManager.Update上，统计得到其耗时均值与Deformable个数的关系如下：

 

同时，由于Deform应用的变形效果每一个网格都是一个实例，所以在内存中也会有同样多份的网格资源，这也是大家在使用时需要注意的： 

 

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总结

正如作者在Release说明中提到的：

"Deform runs on the CPU. While it is incredibly fast, you should not expect to get performance comparable to vertex shaders.
Use shaders if you need speed, use Deform if you need modularity and ease-of-use."

使用CPU端来实现网格变形效率上必然比不上Vertex Shader，但如果希望有一个模块化易用性高的工具，Deform的确是一个不错的选择。

 

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