Unity简单换装

在前置篇中,基本上梳理了一下换装功能背后涉及到的美术工作流。但程序员嘛,功能终归是要落到代码上的。本文中会结合Unity提供的API及之前提到的内容来实现一个简单的换装功能。效果如下:

(图1:最终效果展示)


 资源导出规则


 所有的换装实现都是和导出规则相对应的。先说一下我这个小例子的导出规则。

1.角色的主干部分,包括头,胳膊,大腿。整体导出作为一个基础蒙皮。

2.其他部分的蒙皮,手套,下装,衣服,头发。每一种样式都一个个单独导出。

3.从MAX中导出FBX资源时,要注意导出蒙皮时候,骨骼也要选上,否则导出的就是普通mesh,而不是蒙皮了。

                

(图2:角色基础部分的导出内容,左侧为主干部分,右侧为一个头发部件.都要带上骨骼)            


基本流程


 如图3,将max导出的所有fbx放入Unity后,每个部件都是单独的,我们要做的就是把这些分散的部件攒在一起,让他们正确的显示并响应动画。

(图3:Unity中显示的所有导出身体部件,Girl为主干模型)

写具体代码之前,我们先说一下几个关键的Unity组件,Animator,SkinnedMeshRenderer.Animator会读取动画信息,我们在前置篇提到,max只制作动画的关键帧,而游戏渲染是一帧一帧的,关键帧之间的动画如何过渡,就是引擎自己负责的,也就是Animator做的事,Animator计算好当前帧的骨骼姿态后。会根据结果去改变Animator组件所在节点下的骨骼结构节点,只有我们在max里将骨骼正确导出,才会出现这些节点。SkinnedMeshRenderer则负责蒙皮计算,在每一帧中根据Animator计算出来后的骨骼位置,找到自己关联了哪些骨骼及权重,然后进行变换和插值,计算出mesh顶点的正确位置。再将这些顶点信息传入对应的材质球中进行渲染。


 实现代码


下面是一个简单的实现代码,我会对一些关键代码进行说明。这个脚本是挂在角色主干部分的Prefab上。

1public class SkinTest : MonoBehaviour 2{ 3 4 public GameObject[] Hairs; 5 public GameObject[] Clothes; 6 public GameObject[] Gloves; 7 public GameObject[] Unders; 8 9 private int hairIndex = 0; 10 private int clothesIndex = 0; 11 private int glovesIndex = 0; 12 private int underIndex = 0; 13 14 private List<Transform> bones; 15 private GameObject rootBone; 16 void Start () 17 { 18 rootBone = gameObject.transform.FindChild("Bip001").gameObject; 19 bones = new List<Transform>(); 20 21 BuildPlayer(); 22 } 23 24 public void BuildPlayer() 25 { 26 bones.Clear(); 27 List<CombineInstance> combineInstances = new List<CombineInstance>(); 28 List<Material> materials = new List<Material>(); 29 List<SkinnedMeshRenderer> smrList = new List<SkinnedMeshRenderer>(); 30 Transform[] transforms = rootBone.GetComponentsInChildren<Transform>(true); 31 32 if(Hairs!=null && Hairs.Length > hairIndex && Hairs[hairIndex]!=null) 33 { 34 SkinnedMeshRenderer smr = Hairs[hairIndex].GetComponentInChildren<SkinnedMeshRenderer>(); 35 if (smr != null) 36 { 37 smrList.Add(smr); 38 } 39 } 40 41 if (Clothes != null && Clothes.Length > clothesIndex && Clothes[clothesIndex] != null) 42 { 43 SkinnedMeshRenderer smr = Clothes[clothesIndex].GetComponentInChildren<SkinnedMeshRenderer>(); 44 if (smr != null) 45 { 46 smrList.Add(smr); 47 } 48 } 49 50 if (Gloves != null && Gloves.Length > glovesIndex && Gloves[glovesIndex] != null) 51 { 52 SkinnedMeshRenderer smr = Gloves[glovesIndex].GetComponentInChildren<SkinnedMeshRenderer>(); 53 if (smr != null) 54 { 55 smrList.Add(smr); 56 } 57 } 58 59 if (Unders != null && Unders.Length > underIndex && Unders[underIndex] != null) 60 { 61 SkinnedMeshRenderer smr = Unders[underIndex].GetComponentInChildren<SkinnedMeshRenderer>(); 62 if (smr != null) 63 { 64 smrList.Add(smr); 65 } 66 } 67 68 for(int i =0;i<smrList.Count;i++) 69 { 70 SkinnedMeshRenderer smr = smrList[i]; 71 if(smr) 72 { 73 for(int sub =0;sub<smr.sharedMesh.subMeshCount;sub++) 74 { 75 for (int j = 0; j < smr.bones.Length; j++) 76 { 77 for (int index = 0; index < transforms.Length; index++) 78 { 79 if (smr.bones[j].name.Equals(transforms[index].name)) 80 { 81 bones.Add(transforms[index]); 82 break; 83 } 84 } 85 } 86 87 CombineInstance ci = new CombineInstance(); 88 89 ci.mesh = smr.sharedMesh; 90 ci.subMeshIndex = sub; 91 combineInstances.Add(ci); 92 } 93 materials.AddRange(smr.sharedMaterials); 94 95 } 96 } 97 98 SkinnedMeshRenderer oldSkin = GetComponent<SkinnedMeshRenderer>(); 99 if(oldSkin!=null) 100 { 101 GameObject.DestroyImmediate(oldSkin); 102 } 103 104 SkinnedMeshRenderer newSmr = gameObject.AddComponent<SkinnedMeshRenderer>(); 105 newSmr.sharedMesh = new Mesh(); 106 newSmr.sharedMesh.CombineMeshes(combineInstances.ToArray(), false, false); 107 newSmr.bones = bones.ToArray(); 108 newSmr.rootBone = rootBone.transform; 109 newSmr.materials = materials.ToArray(); 110 } 111} 112

 

4~15行,一些基本变量,存放用于换装的Prefab的引用,以及索引下标,bones用来存储Skin合并后的骨骼引用,rootBone用来存储根骨骼。

18行,找到根骨的节点,此处的Bip001是3Dmax中Bip结构的默认根节点。主干部分的蒙皮导出时带有骨骼,所以可以在Prefab的子节点上找到。

27~30行,建立一些List用来存储SkinMeshRenderer合并过程中所用到的一些中间内容。这里再提一下SkinMeshRenderer,我们会发现一个SkinMeshRenderer一般都只包含一个Material,但它是可以包含多个的。当我们的SkinMeshRenderer里对应的Mesh是包含多个subMesh的时候,那么他们需要多个材质球来对应每个SubMesh。我们导出的各个部件里都有自己的SkinMeshRenderer,我们要做的是把他们合为一个整体,这样做会对计算性能上有提升,逻辑处理上也更统一。后面我们再细说。

32~66行,这部分是根据各个部位的索引号去配置好的Prefab数组中查找到对应配件,只获取SkinMeshRenderer组件就够了,因为他里面包含了我们所需的蒙皮的所有信息。把他们放到List中后面统一处理。

68~96行,循环遍历处理我们前面获取的各个部件的SkinMeshRenderer.这里要说一下关于SkinMeshRenderer的Bones变量,它返回的是这个Skin绑定了哪些骨骼,Unity是以Transform引用数组的形式返回的,引用的是原来每个部件Prefab下自己的Bip下的骨骼节点,当我们把这些SkinMeshRenderer整合成一个的时候,就需要把引用重新指定成主体模型上的相应骨骼节点,这正是7385行做的事。注意我这里根据部位里是否有多个subMesh来重复添加多次骨骼,这是必须的,而且顺序也是一定要保证的。在FBX上的Optimize Mesh选项可以解决这个问题,不过会引入其它问题,这里不展开了。每个部件Skin对应的材质球也都按顺序放到List中。8991行的CombineInstance是Unity用来进行Mesh合并的一个数据结构,我们最终是需要把每个部件Skin对应的Mesh合并到一起,这里注意,合并到一起,并不一定是真的变成了一个Mesh,因为部件和部件之间的材质不一定完全一致,这时候的Mesh合并实际上只是一种逻辑上的合并,真正渲染时各个部件的Mesh顶点数据还是各走一个DrawCall。即使是这样,逻辑上的这种整合对于Unity的性能也是有好处的,这涉及到渲染层面节省顶点Buffer的问题,也涉及到提高Unity引擎一些自身逻辑效率的问题,这里不展开。subMeshIndex这个变量,对于普通的部件Skin里只包含一个subMesh,所以一般指定0,但有时候会包含多个,如果在max里部件本身就由多个材质构成,那么每个材质负责的Mesh部分到了Unity里就变成一个SubMesh了。93行我们把材质球也按顺序(顺序很重要),放到了List里,你也许会问为什么不合并呢?理论上如果所有部件用的都是统一材质,或者材质基本相似的话是可以通过合并贴图,重新赋值UV来让所有部件正真的合并在一起,只用一个Mesh。

104~106行,我们最终要把所有分散的SkinMeshRenderer合并到一起,添加一个SkinnedMeshRenderer组件,但是这个组件的所有变量都是默认空的。所以105行我们给这个Renderer新建一个空的Mesh。106行通过CombineMesh来利用我们前面创建的CombineInstance数据把Mesh合并。这里说明一下后两个参数,第一个参数如果为true,则表示会把所有Mesh真的合并到一起,也就是合并之后subMeshCount为1。这一搬是与我前面提到的材质合并配合使用的。第三个参数为true的话我们需要给每个CombineInstance提供一个变换矩阵,在它们被合并之前,它们会先利用这个矩阵进行一次空间变换。

107行,将前面骨骼节点集合传递给前面新建的SkinMeshRenderer,必须保证顺序。

108行,rootBone习惯性的赋值为骨骼结构的根节点,这里设为空也没问题。

109行,同骨骼节点一样集合一样,材质球集合传递给SkinMeshRenderer,保证顺序与部件合并的顺序相同。


总结


换装功能的实现代码并没有统一规范,这跟部件的设计规则有很大关系,所以本文只提供一种最简单基本的思路。还可以在这个基础上继续展开,深入优化。有些地方我没有深入去剖析,一笔带过。一方面是有些内容我也并不深入了解,另一方面是怕大家过于纠结细节,迷失方向。对于一些更深入的内容,我计划有时间再写一篇来分享。上面的实现在实际项目中也有很多问题,比如每个部件的Fbx导出都需要带全套骨骼。这造成一些数据上的冗余,如果要是在资源打包上依然没有办法去掉冗余的话,就会造成运行时内存的浪费,希望大家来一起讨论。 ****

代码交流 2021