Unity Mesh 切割算法详解

Mesh切割是游戏开发中实现物体断裂、破坏效果的核心技术。本教程将深入解析实时Mesh切割的数学原理，并提供完整的Unity实现方案。

一、切割原理分析

1.1 几何基础

• 切割平面方程：Ax + By + Cz + D = 0

• 顶点分类：每个顶点到平面的距离决定其位置

Distance = (A*x + B*y + C*z + D) / √(A²+B²+C²)

• 符号判定：正值为平面正面，负值为背面，零为平面上

• 对惹，这里有一个游戏开发交流小组，希望大家可以点击进来一起交流一下开发经验呀

1.2 三角形切割类型

二、核心算法实现

2.1 数据结构定义

public class MeshCutter : MonoBehaviour {
    // 切割平面参数
    public Plane cutPlane;
    
    // 原始网格数据
    private List<Vector3> vertices;
    private List<int> triangles;
    private List<Vector3> normals;
    private List<Vector2> uvs;
    
    // 切割结果
    private Mesh frontMesh;
    private Mesh backMesh;
}

2.2 顶点分类算法

Dictionary<Vector3, int> ClassifyVertices() {
    var vertexSides = new Dictionary<Vector3, int>();
    foreach (var vertex in vertices) {
        float distance = cutPlane.GetDistanceToPoint(vertex);
        vertexSides[vertex] = distance > 0 ? 1 : -1;
    }
    return vertexSides;
}

2.3 线段平面交点计算

Vector3 GetIntersection(Vector3 a, Vector3 b) {
    float da = cutPlane.GetDistanceToPoint(a);
    float db = cutPlane.GetDistanceToPoint(b);
    
    float t = da / (da - db);
    return Vector3.Lerp(a, b, t);
}

2.4 三角面片处理（关键代码）

void ProcessTriangle(int i) {
    int[] tri = { triangles[i], triangles[i+1], triangles[i+2] };
    int[] sides = new int[3];
    
    // 获取顶点位置状态
    for (int j = 0; j < 3; j++) {
        sides[j] = vertexSides[vertices[tri[j]]];
    }

    // 处理不同切割情况
    int positiveCount = sides.Count(s => s > 0);
    int negativeCount = 3 - positiveCount;

    if (positiveCount == 3) {
        AddToFrontMesh(tri);
    } else if (negativeCount == 3) {
        AddToBackMesh(tri);
    } else {
        SplitTriangle(tri, sides);
    }
}

2.5 切割面生成算法

void GenerateCapMesh(List<Vector3> capVertices) {
    // 使用耳切法生成多边形三角剖分
    EarClippingTriangulator.Triangulate(capVertices, frontCapTris, backCapTris);
    
    // 生成UV坐标
    Vector2[] capUVs = new Vector2[capVertices.Count];
    for(int i=0; i<capUVs.Length; i++){
        capUVs[i] = new Vector2(capVertices[i].x, capVertices[i].z);
    }
    
    // 添加到前后网格
    frontMesh.uv = frontMesh.uv.Concat(capUVs).ToArray();
    backMesh.uv = backMesh.uv.Concat(capUVs).ToArray();
}

三、Unity实现优化技巧

3.1 性能优化策略

1. 顶点缓存优化：使用哈希表存储已处理顶点

2. 并行计算：利用JobSystem进行多线程切割计算

3. LOD分级：根据距离动态调整切割精度

3.2 视觉效果增强

// 切割面材质处理
Material CreateCapMaterial() {
    return new Material(Shader.Find("Standard")) {
        color = Color.red,
        mainTexture = GenerateProceduralTexture()
    };
}

// 动态生成法线
void CalculateCapNormals() {
    Vector3 normal = cutPlane.normal;
    for(int i=0; i<capVertices.Count; i++){
        frontNormals.Add(normal);
        backNormals.Add(-normal);
    }
}

四、完整实现流程

1. 初始化切割平面

public void ExecuteCut(Vector3 point, Vector3 normal) {
    cutPlane = new Plane(normal, point);
    InitializeMeshData();
    ClassifyVertices();
    ProcessAllTriangles();
    GenerateCapMesh();
    ApplyFinalMeshes();
}

1. 物理组件生成

void AddPhysicsComponents(GameObject obj) {
    obj.AddComponent<MeshCollider>().convex = true;
    Rigidbody rb = obj.AddComponent<Rigidbody>();
    rb.mass = originalMass / 2f;
}

五、高级扩展功能

5.1 多层切割系统

public class FractureManager : MonoBehaviour {
    [Range(1,5)] public int maxCutLevel = 3;
    Dictionary<GameObject, int> cutCount = new Dictionary<GameObject, int>();
    
    public bool CanCut(GameObject obj) {
        return cutCount.ContainsKey(obj) && 
              cutCount[obj] < maxCutLevel;
    }
}

5.2 破坏效果增强

IEnumerator ExplodeEffect(Vector3 cutPoint) {
    Vector3 explosionPos = cutPoint;
    float radius = 2.0f;
    float power = 500.0f;
    
    Collider[] colliders = Physics.OverlapSphere(explosionPos, radius);
    foreach (Collider hit in colliders) {
        Rigidbody rb = hit.GetComponent<Rigidbody>();
        if (rb != null) {
            rb.AddExplosionForce(power, explosionPos, radius);
        }
    }
    yield return new WaitForSeconds(2f);
    Destroy(this.gameObject);
}

六、性能对比测试

测试环境：Unity 2021.3.6f1，CPU i7-11800H

七、实际应用建议

1. 美术规范：

   • 切割面数控制在2000三角面以内

   • 使用标准化UV布局

   • 预制体添加切割标记组件

2. 程序注意事项：

   • 使用对象池管理切割碎片

   • 异步加载切割资源

   • 设置物理模拟阈值

3. 项目集成方案：

public class DestructibleObject : MonoBehaviour {
    [SerializeField] FractureProfile fractureProfile;
    
    void OnCutEvent() {
        if(fractureProfile.CanFracture){
            MeshCutter.PerformCut(transform.position, Random.onUnitSphere);
            PlaySound(fractureProfile.breakSound);
            SpawnParticles(fractureProfile.breakParticles);
        }
    }
}

本方案实现了完整的实时Mesh切割系统，包含几何处理、物理模拟和效果增强模块。开发者可根据项目需求调整切割精度和效果参数，建议结合GPU Instancing技术进一步提升大规模破坏场景的性能表现。