Unity如何制作小球擠捏變形效果並回彈

如何制作一個小球，能擠壓變形，並有彈力恢復原形？

 

通過修改mesh的頂點位置來做，應該算是頂點動畫的范圍了吧(*/ω＼*)。

 

代碼不會很復雜，主要是理解原理。

 

我這個實現是參考：

https://catlikecoding.com/unity/tutorials/mesh-deformation/

 

先上效果，網格圖是側視：

 

建議往下閱讀前，先看一下文檔中關於mesh和頂點的相關概念(Procedural Mesh Geometry下面三個子主題)，還有理解向量的概念：

https://docs.unity3d.com/Manual/GeneratingMeshGeometryProcedurally.html

 

擠壓小球的時候，主要受力區域會凹陷，然后迫使其他部位順着力的方向變形。

 

 

 

首先定義一下要變形mesh：

    public MeshFilter targetMeshFilter;
    private Mesh targetMesh;

並在start中獲取mesh：

void Start()
{
        targetMesh = targetMeshFilter.mesh;
}

觸摸操作用射線來實現，先定義從哪個相機射出射線：

public Camera mainCamera;

再在update寫下射線代碼：

void Update()
{
  if (Input.GetMouseButton(0))
  {
    if (Physics.Raycast(mainCamera.ScreenPointToRay(Input.mousePosition), out RaycastHit hitInfo))
    {
               
    }
   }
}

定義一些用到的數組：

private Vector3[] originalVertices, displacedVertices, vertexVelocities;

private int verticesCount;

在start中初始化，從上往下，分別含義是這個mesh頂點數量，初始的頂點位置，頂點下一步的位置，頂點移動速度：

 void Start()
    {
　　　　　　...
        verticesCount = targetMesh.vertices.Length;

        originalVertices = targetMesh.vertices;
        displacedVertices = targetMesh.vertices;
        vertexVelocities = new Vector3[verticesCount];
    }

在觸摸到小球時，先定義一下要用到的觸摸力度，發力點偏移量：

    public float force = 10;
    public float forceOffset = 0.1f;

擠壓小球並回彈，所以小球需要有觸摸力度表示變形程度，發力點偏移量表示作用點的位置，0偏移就是在球體表面，值越高越偏離球表面。

 

在射線觸碰成功的代碼里面添加以下：

Vector3 actingForcePoint = targetMeshFilter.transform.InverseTransformPoint(hitInfo.point + hitInfo.normal * forceOffset);//發力點指向球的本地坐標向量

for (int i = 0; i < verticesCount; i++)
{
   Vector3 pointToVertex = displacedVertices[i] - actingForcePoint;//作用力點指向當前頂點位置的向量

   float actingForce = force / (1f + pointToVertex.sqrMagnitude);//作用力大小
   vertexVelocities[i] += pointToVertex.normalized * actingForce * Time.deltaTime;//頂點速度向量
}

解釋一下，就是頂點的坐標位置都是相對於這個模型的坐標不是世界坐標，所以觸摸的時候，發力點坐標要轉換成相對坐標。

hitInfo.normal也就是觸摸點的法線，是垂直於觸摸點並指向外面的，forceOffset值表示作用點離表面有多高，1表示法線長度那么高，0表示在表面，如下圖，棕色表示觸摸點，紅色表示法線。

 

還有作用力actingForce，球的各個頂點受力，如果是一致的，那么球就是平行飛出去，而不是變形了， 觸摸點受力最大，然后輻射出去逐漸衰減。這里用了一條函數來計算，y=force/(1+x^2)，當force值為10，為5，為1時函數圖像如下，可以根據自己的情況調整衰減力度，這里用的函數圖像繪制工具地址是：https://zh.numberempire.com/graphingcalculator.php ，百度隨便找的。

 

 

 

有了作用力，還要有回彈以恢復形狀，和阻力來消除作用力和彈力，還有重新把頂底重新賦值,並重新計算法線(影響光照)：

定義一下：

    public float springForce = 20f;
    public float damping = 5f;

然后在update中：

 for (int i = 0; i < verticesCount; i++)
 {
   vertexVelocities[i] += (originalVertices[i] - displacedVertices[i]) * springForce * Time.deltaTime;//加上+頂點當前位置指向頂點初始位置的速度向量==回彈力
   vertexVelocities[i] *= 1f - damping * Time.deltaTime;//乘上阻力
   displacedVertices[i] += vertexVelocities[i] * Time.deltaTime;//算出頂點的下一個位置
 }

 targetMesh.vertices = displacedVertices;
 targetMesh.RecalculateNormals();

到此，就完成了，下面是完整代碼：

using UnityEngine;

public class DeformationToucher : MonoBehaviour
{
    public MeshFilter targetMeshFilter;
    private Mesh targetMesh;

    public Camera mainCamera;

    private Vector3[] originalVertices, displacedVertices, vertexVelocities;

    private int verticesCount;

    public float force = 10;
    public float forceOffset = 0.1f;
    public float springForce = 20f;
    public float damping = 5f;

    void Start()
    {
        targetMesh = targetMeshFilter.mesh;

        verticesCount = targetMesh.vertices.Length;

        originalVertices = targetMesh.vertices;
        displacedVertices = targetMesh.vertices;
        vertexVelocities = new Vector3[verticesCount];
    }

    void Update()
    {
        if (Input.GetMouseButton(0))
        {
            if (Physics.Raycast(mainCamera.ScreenPointToRay(Input.mousePosition), out RaycastHit hitInfo))
            {
                Vector3 actingForcePoint = targetMeshFilter.transform.InverseTransformPoint(hitInfo.point + hitInfo.normal * forceOffset);//發力點指向球的本地坐標向量

                for (int i = 0; i < verticesCount; i++)
                {
                    Vector3 pointToVertex = displacedVertices[i] - actingForcePoint;//作用力點指向當前頂點位置的向量

                    float actingForce = force / (1f + pointToVertex.sqrMagnitude);//作用力大小
                    vertexVelocities[i] += pointToVertex.normalized * actingForce * Time.deltaTime;//頂點速度向量
                }
            }
        }

        for (int i = 0; i < verticesCount; i++)
        {
            vertexVelocities[i] += (originalVertices[i] - displacedVertices[i]) * springForce * Time.deltaTime;//加上+頂點當前位置指向頂點初始位置的速度向量==回彈力
            vertexVelocities[i] *= 1f - damping * Time.deltaTime;//乘上阻力
            displacedVertices[i] += vertexVelocities[i] * Time.deltaTime;//算出頂點的下一個位置
        }

        targetMesh.vertices = displacedVertices;
        targetMesh.RecalculateNormals();
    }
}

 

這是我第一次接觸mesh和頂點方面的計算，如果發現有什么錯漏，請指出。

歡迎交流。

 

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