可弯曲软管的动态生成

来源:互联网 发布:阿里云免费ecs 编辑:程序博客网 时间:2024/04/27 19:52
最近在做一个化学VR实验室项目,其中要求用一个橡胶软管连接两个导管,两个导管可以任意移动旋转,而连接它们的橡胶软管需要跟随做弯曲和拉伸
美术给了一个直的软管模型

如何实现软管的弯曲和拉伸呢,想起了仰慕已久的Mega-Fiers插件
研究使用了半天,Mega-Fiers插件确实能弯曲和拉伸软管模型,但是
1.Mega-Fiers插件只对模型顶点做位置变化,不会增加和删除模型顶点,所以在对软管局部做角度偏大的弯曲时,会有明显的折痕(这个软管模型有2k+的顶点,增加模型横向顶点数折痕会有缓解)

2.Mega-Fiers插件很难对同一模型用多个形变组件组合出想要的效果,我试了很久没试出怎么组合出软管两头弯曲加中段拉伸的效果,更不要说在程序运行时动态组合效果了
3.Mega-Fiers插件无法满足一些精确的控制要求,比如无法让弯曲后的软管口和导管口无缝衔接

对静态模型做形变不能达到要求,于是想是否能运行时动态生成软管模型,研究了一下,发现确实可行,设计思路如下
1.如下图,以A点为一个导管口端点,DirA方向为导管延伸方向,在DirA方向上取一个合适的距离A-CA,B点为另一个导管口端点取同样的距离B-CB,以CA->CB方向取同样的距离CA-EA,以CB->CA为方向取同样距离CB-EB,CAB为CA-CB中心点


2.以A和EA点为一段贝塞尔曲线的顶点,CA为其控制点,获取到一串贝塞尔曲线点,同样以B和EB点为顶点,CB为控制点获取一串点,以EA,EB为顶点,CAB为控制点获取一串点

3.在以当前曲线点到下一个曲线点的方向为法线,穿过当前曲线点的平面上,以当前曲线点为圆心获取一圈圆的顶点

4.以获取到的所有圆的顶点为软管的模型顶点,再设置三角面和法线信息,最终生成软管模型的网格

中间一段是直线,可以只生成三个曲线点就可以


代码

using UnityEngine;
using System.Collections.Generic;

public struct BezierLineSegment
{
    public Vector3 fromPoint;
    public Vector3 toPoint;
    public Vector3 controlPoint;
    public Quaternion fromDir;
    public Quaternion toDir;

    public void CalculateDir()
    {
        fromDir = Quaternion.FromToRotation(Vector3.forward, controlPoint - fromPoint);
        toDir = Quaternion.FromToRotation(Vector3.forward, toPoint - controlPoint);
    }

    public bool IsStraight()
    {
        return fromDir == toDir;
    }
}

[ExecuteInEditMode]
public class BezierPipe : MonoBehaviour
{

    public float cornerScale = 1f;
    [Range(1,100)]
    public int cornerStep = 10;
    [Range(2,100)]
    public int circleStep = 10;

    public float r = 0.1f;

    public Transform point1;
    public Vector3 point1Dir = Vector3.up;
    public Transform point2;
    public Vector3 point2Dir = Vector3.up;

    public bool update = false;

    public Mesh mesh;
    List<Vector3> verts = new List<Vector3>();
    List<int> triangles = new List<int>();
    private MeshCollider mc;

    // Use this for initialization
    void Start ()
    {
        mesh = new Mesh();
        mesh.name = "Pipe";
        MeshFilter mf = GetComponent<MeshFilter>();
        if (mf != null)
        {
            mf.sharedMesh = mesh;
        }
        mc = GetComponent<MeshCollider>();
        if (mc != null)
        {
            mc.sharedMesh = mesh;
        }
        BuildMesh();
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        if (update)
        {
            BuildMesh();
        }
    }

    void GetCirclePoint(Vector3 pos, Quaternion dir,bool draw)
    {
        for (int a = 0; a <= circleStep; a++)
        {
            float p = 2 * Mathf.PI * a / circleStep;
            Vector3 cp = new Vector3(r * Mathf.Cos(p), r * Mathf.Sin(p), 0);
            cp = dir* cp + pos;
            //if(draw)
            //    Gizmos.DrawSphere(cp, 0.0005f);
            cp = transform.worldToLocalMatrix.MultiplyPoint(cp);
            //cp += transform.position;
            verts.Add(cp);
        }
    }

    void SetTriangles()
    {
        triangles.Clear();
        for (int i = 0; i < verts.Count - circleStep - 2; i ++)
        {
            triangles.Add(i);
            triangles.Add(i+1);
            triangles.Add(i+circleStep + 1);
            triangles.Add(i+circleStep + 1);
            triangles.Add(i+1);
            triangles.Add(i+circleStep + 2);
        }
        mesh.triangles = triangles.ToArray();
    }

    public void BuildMesh()
    {
        if (point1 != null && point2 != null)
        {
            verts.Clear();
            float scale = cornerScale;
            float length = (point1.position - point2.position).magnitude/4;
            if (scale > length)
            {
                scale = length;
            }
            BezierLineSegment[] segments = new BezierLineSegment[3];
            segments[0].fromPoint = point1.position;
            point1Dir.Normalize();
            segments[0].controlPoint = point1.position + point1.rotation * point1Dir * scale;

            segments[2].toPoint = point2.position;
            point2Dir.Normalize();
            segments[2].controlPoint = point2.position + point2.rotation * point2Dir * scale;

            segments[1].controlPoint = (segments[0].controlPoint + segments[2].controlPoint) / 2;

            segments[0].toPoint = segments[1].fromPoint = segments[0].controlPoint + (segments[1].controlPoint - segments[0].controlPoint).normalized * scale;
            segments[1].toPoint = segments[2].fromPoint = segments[2].controlPoint + (segments[1].controlPoint - segments[2].controlPoint).normalized * scale;

            transform.position = segments[1].controlPoint;
            segments[1].CalculateDir();
            transform.rotation = segments[1].fromDir;
//            Debug.Log (transform.eulerAngles);

            foreach (var segment in segments)
            {
                segment.CalculateDir();
                if (segment.IsStraight())
                {
                    GetCirclePoint(segment.fromPoint, segment.fromDir,true);
                    GetCirclePoint(segment.controlPoint, segment.fromDir,false);
                    GetCirclePoint(segment.toPoint, segment.toDir, true);
                    //Gizmos.DrawLine(segment.fromPoint, segment.controlPoint);
                    //Gizmos.DrawLine(segment.controlPoint, segment.toPoint);
                }
                else
                {
                    GetCirclePoint(segment.fromPoint, segment.fromDir, true);
                    Vector3 p1 = segment.fromPoint;
                    for (int s = 1; s < cornerStep; s++)
                    {
                        float t = (float) s/cornerStep;
                        Vector3 p2 = Bezier.GetPoint(segment.fromPoint, segment.controlPoint, segment.toPoint, t);
                        //Quaternion dir = Quaternion.FromToRotation(Vector3.forward, p2 - p1);
                        Quaternion dir = Quaternion.Lerp(segment.fromDir, segment.toDir, t);
                        GetCirclePoint(p2,dir,false);
                        //Gizmos.DrawLine(p1, p2);
                        p1 = p2;
                    }
                    GetCirclePoint(segment.toPoint, segment.toDir, true);
                    //Gizmos.DrawLine(p1,segment.toPoint);
                }
            }
            mesh.Clear();
            mesh.vertices = verts.ToArray();
            SetTriangles();
            mesh.RecalculateNormals();

            if (mc != null)
            {
                mc.sharedMesh = mesh;
            }
        }
    }
}



CornerScale即A-CA,CA-EA,B-CB,CB-EB的长度,越长软管曲线部分越长,直线部分越短,运行时CornerScale将不大于两个端点间距离的四分之一
CornerStep即A-EA间贝塞尔曲线要取的曲线点数,越高软管弯曲部分越顺滑
CircleStep即绕曲线点圆的顶点数,越高软管横截面越圆
R即绕曲线点圆的半径,即软管的粗度
两个Point即两个导管的头,两个Dir即两个导管头在未旋转时的延伸方向

效果


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