【unity】GPU顶点动画_unity gpu动画

unity顶点动画

• 工具篇
• • 模型合并
  • 生成动画数据
  • 工具调用：
  • Shader处理

工具篇

模型合并

根据原模型创建预制件：
清理旧的合并结果，创建新容器对象
PS：注意 DestroyImmediate仅在 Editor 模式下有效，运行时需用Destroy

var targetObj = GameObject.Find(\"targetObj\");if (targetObj != null){ GameObject.DestroyImmediate(targetObj);}targetObj = new GameObject(\"targetObj\");targetObj.transform.localPosition = Vector3.zero;// ... 其他变换重置 ...

收集网格和材质信息
获取所有需要合并的网格组件，包含静态和蒙皮网格。

MeshRenderer[] allMeshRender = sourceObj.GetComponentsInChildren();SkinnedMeshRenderer[] SkinnedMeshRenderer = sourceObj.GetComponentsInChildren();MeshFilter[] allfilter = sourceObj.GetComponentsInChildren();

填充 MeshInfo 列表
PS: 必须添加：subMeshIndex 因为需要用于处理多材质网格的分段合并。

foreach (var filter in allfilter){ for (int subMeshIndex = 0; subMeshIndex < filter.sharedMesh.subMeshCount; subMeshIndex++) { MeshInfo meshInfo = new MeshInfo(); meshInfo.mesh = filter.sharedMesh; meshInfo.subIndex = subMeshIndex; meshInfo.matrix4x4 = filter.transform.localToWorldMatrix; meshInfos.Add(meshInfo); }}

SkinnedMeshRenderer也需要处理

贴图合并
需要创建一个大的贴图Texture2D，获取所有materials材质球的_MainTex（我只处理了_MainTex，当然也可以处理法线贴图这些其他内容）
PS: COMBINE_TEXTURE_WIDTH是有问题的，后续需要修改，不能这样累加

使用的Texture2D.PackTextures进行打包到图集中的

for (int i = 0; i < materials.Count; i++){ Texture2D maintexture = materials[i].GetTexture(\"_MainTex\") as Texture2D; COMBINE_TEXTURE_WIDTH += maintexture.width; COMBINE_TEXTURE_HEIGHT += maintexture.height; MainTexs.Add(maintexture);}Texture2D newMainTex = new Texture2D(COMBINE_TEXTURE_WIDTH, COMBINE_TEXTURE_HEIGHT, TextureFormat.RGBA32, true);Rect[] uvs = newMainTex.PackTextures(MainTexs.ToArray(), 0);

UV需要进行偏移

List<Vector2[]> oldUV = new List<Vector2[]>();Vector2[] uva, uvb;for (int j = 0; j < combines.Count; j++){ uva = combines[j].mesh.uv; uvb = new Vector2[uva.Length]; for (int k = 0; k < uva.Length; k++) { uvb[k] = new Vector2((uva[k].x * uvs[j].width) + uvs[j].x, (uva[k].y * uvs[j].height) + uvs[j].y); } oldUV.Add(uva); combines[j].mesh.uv = uvb;}

最后保存后记得还原uv：

//重新赋值，以免影响其他对象的Meshfor (int i = 0; i < combines.Count; i++){ combines[i].mesh.uv = oldUV[i];}

最后将贴图赋值到一个新建的材质球上进行保存就好了

Material newMaterial = new Material(mainShader);newMaterial.SetTexture(\"_MainTex\", newMainTex);

合并网格设置

List<CombineInstance> combines = new List<CombineInstance>();foreach (var i in meshInfos){ var ci = new CombineInstance(); ci.mesh = i.mesh; ci.subMeshIndex = i.subIndex; ci.transform = i.matrix4x4; combines.Add(ci);}

需要用到CombineInstance方法进行储存

然后使用CombineMeshes方法进行合并

Mesh mesh = new Mesh();mesh.CombineMeshes(combines.ToArray(), true, false);

最后进行保存到对应路径：

AssetDatabase.CreateAsset(newMainTex, $\"{MaterialTexturePath}CombineTexture.asset\");AssetDatabase.CreateAsset(newMaterial, $\"{MaterialTexturePath}CombineMaterial.mat\");AssetDatabase.CreateAsset(mesh, $\"{MaterialTexturePath}CombineMaterial.asset\");

完整代码：

using System.Collections.Generic;using Unity.VisualScripting;using UnityEditor;using UnityEngine;public struct MeshInfo{ public Mesh mesh; public Matrix4x4 matrix4x4; public int subIndex;}public class CombineVertexTool{ const string MaterialTexturePath = \"Assets/Resources/Material/\"; public static void CombineFilter(GameObject sourceObj) { var targetObj = GameObject.Find(\"targetObj\"); if (targetObj != null) { GameObject.DestroyImmediate(targetObj); } targetObj = new GameObject(\"targetObj\"); targetObj.transform.localPosition = Vector3.zero; targetObj.transform.localRotation = Quaternion.identity; targetObj.transform.localScale = Vector3.one; MeshRenderer[] allMeshRender = sourceObj.GetComponentsInChildren<MeshRenderer>(); //包含MeshRenderer和SkinnedMeshRenderer SkinnedMeshRenderer[] SkinnedMeshRenderer = sourceObj.GetComponentsInChildren<SkinnedMeshRenderer>(); MeshFilter[] allfilter = sourceObj.GetComponentsInChildren<MeshFilter>(); //网格  List<MeshInfo> meshInfos = new List<MeshInfo>(); foreach (var filter in allfilter) { for (int subMeshIndex = 0; subMeshIndex < filter.sharedMesh.subMeshCount; subMeshIndex++) { MeshInfo meshInfo = new MeshInfo(); meshInfo.mesh = filter.sharedMesh; meshInfo.subIndex = subMeshIndex; meshInfo.matrix4x4 = filter.transform.localToWorldMatrix; meshInfos.Add(meshInfo); } } //材质球数组 List<Material> materials = new List<Material>(); foreach (var i in allMeshRender) { foreach (var j in i.sharedMaterials) { materials.Add(j); } } foreach (SkinnedMeshRenderer i in SkinnedMeshRenderer) { foreach (var j in i.sharedMaterials) { materials.Add(j); } for (int subMeshIndex = 0; subMeshIndex < i.sharedMesh.subMeshCount; subMeshIndex++) { MeshInfo meshInfo = new MeshInfo(); meshInfo.mesh = i.sharedMesh; meshInfo.subIndex = subMeshIndex; meshInfo.matrix4x4 = i.transform.localToWorldMatrix; meshInfos.Add(meshInfo); } } Shader mainShader = materials[0].shader; //要求所有shader都必须使用同一个shader // 合并 Mesh // 后去自身和子物体中所有 MsehFilter 组件 List<CombineInstance> combines = new List<CombineInstance>(); foreach (var i in meshInfos) { var ci = new CombineInstance(); ci.mesh = i.mesh; ci.subMeshIndex = i.subIndex; //ci.mesh.triangles = i.mesh.triangles; //添加会改变原模型的网格 ci.transform = i.matrix4x4; combines.Add(ci); } //收集所有材质贴图 List<Texture2D> MainTexs = new List<Texture2D>(); int COMBINE_TEXTURE_WIDTH = 0; int COMBINE_TEXTURE_HEIGHT = 0; for (int i = 0; i < materials.Count; i++) { Texture2D maintexture = materials[i].GetTexture(\"_MainTex\") as Texture2D; COMBINE_TEXTURE_WIDTH += maintexture.width; COMBINE_TEXTURE_HEIGHT += maintexture.height; MainTexs.Add(maintexture); } //所有贴图合并到newDiffuseTex这张大贴图上 Texture2D newMainTex = new Texture2D(COMBINE_TEXTURE_WIDTH, COMBINE_TEXTURE_HEIGHT, TextureFormat.RGBA32, true); Rect[] uvs = newMainTex.PackTextures(MainTexs.ToArray(), 0); List<Vector2[]> oldUV = new List<Vector2[]>(); Vector2[] uva, uvb; // 遍历所有合并实例（CombineInstance） for (int j = 0; j < combines.Count; j++) { // 获取当前网格的原始UV数组 uva = combines[j].mesh.uv; // 创建新UV数组（长度与原始UV相同） uvb = new Vector2[uva.Length]; for (int k = 0; k < uva.Length; k++) { uvb[k] = new Vector2((uva[k].x * uvs[j].width) + uvs[j].x, (uva[k].y * uvs[j].height) + uvs[j].y); } oldUV.Add(uva); combines[j].mesh.uv = uvb; } Material newMaterial = new Material(mainShader); newMaterial.SetTexture(\"_MainTex\", newMainTex); Mesh mesh = new Mesh(); mesh.CombineMeshes(combines.ToArray(), // 合并实例数组 true,  // mergeSubMeshes：是否合并子网格 false  // useMatrices：是否应用变换矩阵 ); AssetDatabase.CreateAsset(newMainTex, $\"{MaterialTexturePath}CombineTexture.asset\"); AssetDatabase.CreateAsset(newMaterial, $\"{MaterialTexturePath}CombineMaterial.mat\"); AssetDatabase.CreateAsset(mesh, $\"{MaterialTexturePath}CombineMaterial.asset\"); MeshFilter meshFilter = targetObj.AddComponent<MeshFilter>(); meshFilter.sharedMesh = mesh; MeshRenderer meshRenderer = targetObj.AddComponent<MeshRenderer>(); meshRenderer.sharedMaterial = newMaterial; //重新赋值，以免影响其他对象的Mesh for (int i = 0; i < combines.Count; i++) { combines[i].mesh.uv = oldUV[i]; } AssetDatabase.SaveAssets(); AssetDatabase.Refresh(); }}

PS：需要开启纹理贴图，模型可读写：

生成动画数据

根据动画时长和帧率计算总帧数，确定纹理尺寸

AnimationClip clip = clips[0];//foreach (var clip in clips)//{//根据动画时长和帧率计算总帧数，确定纹理尺寸int animLength = Mathf.CeilToInt(clip.frameRate * clip.length);int texwidth = meshRenderer.sharedMesh.vertexCount;texwidth = Mathf.NextPowerOfTwo(texwidth);//取顶点数的下一个二次幂（适配 GPU 纹理要求）int texHeight = animLength;

生成一张纹理：

Texture2D tex = new Texture2D(texwidth, texHeight, TextureFormat.RGBAHalf, false);

逐帧写入纹理

// 步骤3：逐帧处理for (int i = 0; i < animLength; i++){ float time = i / clip.frameRate; //Clip.SampleAnimation(GameObject, time)。Clip是我们需要采样的动画剪辑，输入游戏对象后和采样的时间后，就可以在不运行的情况下直接播放动画，加速烘焙过程 clip.SampleAnimation(sourceObj, time); // B. 烘焙网格 Mesh bakedMesh = new Mesh(); //烘焙当前帧顶点数据 meshRenderer.BakeMesh(bakedMesh); Vector3[] vertices = bakedMesh.vertices; // 写入纹理行（将没一帧顶点数据转换成color数据保存到图片） for (int frame = 0; frame < meshRenderer.sharedMesh.vertexCount; frame++) { // 超出原始顶点数的部分填充黑色 Color pixel = Color.black; if (frame <= vertices.Length) { Vector3 pos = vertices[frame]; pixel = new Color(pos.x, pos.y, pos.z, 1); } tex.SetPixel(frame, i, pixel);//x要设置的像素的 x 坐标。范围为 0 到（纹理宽度 - 1）,y要设置的像素的 y 坐标。范围为 0 到（纹理高度 - 1）,color要设置的颜色。 tex.Apply(false); // 可选：分批提交数据（当设置为 true 时，将重新计算多级渐进纹理级别） }}

完整代码

/// 
/// 生成动画数据（顶点动画）/// public static void CreateVertexAnimaSettingData(GameObject sourceObj){ var animator = sourceObj.GetComponent<Animator>(); var clips = animator.runtimeAnimatorController.animationClips;//检索控制器使用的所有 AnimationClip animator.speed = 1; //MeshFilter meshFilter = sourceObj.GetComponentInChildren(); SkinnedMeshRenderer meshRenderer = sourceObj.GetComponentInChildren<SkinnedMeshRenderer>(); AnimationClip clip = clips[0]; //foreach (var clip in clips) //{ //根据动画时长和帧率计算总帧数，确定纹理尺寸 int animLength = Mathf.CeilToInt(clip.frameRate * clip.length); int texwidth = meshRenderer.sharedMesh.vertexCount; texwidth = Mathf.NextPowerOfTwo(texwidth);//取顶点数的下一个二次幂（适配 GPU 纹理要求） int texHeight = animLength; Texture2D tex = new Texture2D(texwidth, texHeight, TextureFormat.RGBAHalf, false); // 步骤3：逐帧处理 for (int i = 0; i < animLength; i++) { float time = i / clip.frameRate; //Clip.SampleAnimation(GameObject, time)。Clip是我们需要采样的动画剪辑，输入游戏对象后和采样的时间后，就可以在不运行的情况下直接播放动画，加速烘焙过程 clip.SampleAnimation(sourceObj, time); // B. 烘焙网格 Mesh bakedMesh = new Mesh(); //烘焙当前帧顶点数据 meshRenderer.BakeMesh(bakedMesh); Vector3[] vertices = bakedMesh.vertices; // 写入纹理行（将没一帧顶点数据转换成color数据保存到图片） for (int frame = 0; frame < meshRenderer.sharedMesh.vertexCount; frame++) { // 超出原始顶点数的部分填充黑色 Color pixel = Color.black; if (frame <= vertices.Length) { Vector3 pos = vertices[frame]; pixel = new Color(pos.x, pos.y, pos.z, 1); } tex.SetPixel(frame, i, pixel);//x要设置的像素的 x 坐标。范围为 0 到（纹理宽度 - 1）,y要设置的像素的 y 坐标。范围为 0 到（纹理高度 - 1）,color要设置的颜色。 tex.Apply(false); // 可选：分批提交数据（当设置为 true 时，将重新计算多级渐进纹理级别） } } tex.Apply(true); // 最终提交 tex.name = sourceObj.name; //} AssetDatabase.CreateAsset(tex, $\"{MaterialTexturePath}{sourceObj.name}_VerTex.asset\"); AssetDatabase.SaveAssets(); AssetDatabase.Refresh();}

我的动画计算出来是19帧，所以height为19像素

工具调用：

using System.Collections;using System.Collections.Generic;using UnityEditor;using UnityEngine;using static Unity.VisualScripting.Member;public class BuildGpuAnimaEditorVertex : EditorWindow{ [MenuItem(\"Tools/GPU动画处理工具(顶点动画)\")] static void CreateSecetionData() { EditorWindow.GetWindow<BuildGpuAnimaEditorVertex>(true, \"GPU动画处理工具(顶点动画)\", true).Show(); } private GameObject source; public void OnGUI() { EditorGUILayout.BeginHorizontal(); EditorGUILayout.LabelField(\"源资源:\", GUILayout.Width(60)); source = EditorGUILayout.ObjectField(source, typeof(GameObject), true) as GameObject; EditorGUILayout.EndHorizontal(); EditorGUILayout.Space(); EditorGUILayout.LabelField(\"根据源资源生成对应动画数据贴图资源\", GUILayout.Width(240)); EditorGUILayout.Space(); if (GUILayout.Button(\"开始\", GUILayout.Height(20))) { CombineVertexTool.CreateVertexAnimaSettingData(source); } EditorGUILayout.Space(); EditorGUILayout.LabelField(\"根据shader和模型生成材质贴图和合并网格\", GUILayout.Width(240)); EditorGUILayout.Space(); if (GUILayout.Button(\"开始\", GUILayout.Height(20))) { CombineVertexTool.CombineFilter(source); } }}

Shader处理

需要添加 #pragma multi_compile_instancing开启GPU 实例化
可以参考这位大佬讲解（UnityShader支持GPU Instance的方法）

Shader\"XXX\"{ Properties{ ... } SubShader{ ... Pass{ ... CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #pragma multi_compile_instancing //这里,第一步 ... struct a2v{ ... UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID //这里,第二步 }; struct v2f{ ... UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID //这里,第二步 }; v2f vert(a2v v){ v2f o; UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v); // 这里第三步 UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID(v,o); //第三步 ... return o; } fixed4 frag(v2f i):SV_Target{ UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(i); //最后一步 ... } ENDCG } } FallBack\"Diffuse\"}

完整代码：

Shader \"Unlit/yu2\"{ Properties { _MainTex (\"Texture\", 2D) = \"white\" {} // 主纹理，用于基础颜色 _AnimTex (\"Texture\", 2D) = \"white\" {}// 动画纹理，存储顶点位置 _AnimTime (\"AnimTime\", float) = 1// 动画速度控制参数 } SubShader { Tags { \"RenderType\"=\"Opaque\" }// 不透明渲染类型 LOD 100 // 细节层级 Pass { CGPROGRAM #pragma target 3.5 //使用Shader Model 3.5 #pragma vertex vert // 顶点着色器 #pragma fragment frag // 像素着色器 // make fog work #pragma multi_compile_instancing // 启用GPU实例化 #include \"UnityCG.cginc\" //引用unity自带的UnityCG //顶点输入与输出结构 struct appdata { float4 vertex : POSITION; float2 uv : TEXCOORD0; uint vid : SV_VERTEXID; UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID }; struct v2f { float2 uv : TEXCOORD0; UNITY_FOG_COORDS(1) float4 vertex : SV_POSITION; //通过vid在动画纹理中定位顶点位置 UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID }; //CBUFFER_START 常量缓冲区：使用后才会允许支持我们的Shader被SRP Batcher（可编程渲染管线合批）允许，从而节省渲染上的性能 CBUFFER_START(UnityPerMaterial) sampler2D _MainTex; sampler2D _AnimTex; //float4 _MainTex_ST; //必须在特殊命名的常量缓冲区中定义每个实例的属性。使用这对宏来包装对每个实例唯一的属性。UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(Props)UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float4, _AnimTex_TexelSize)//_TexelSize 是一个内置变量，用于获取纹理的像素尺寸信息。这个变量是一个 Vector4，包含了纹理的宽度、高度以及它们的倒数 _AnimTex_TexelSize.xyzw = (1/width, 1/height, width, height)UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float4, _MainTex_ST)//是贴图_MainTex的tiling和offset的四元数,_MainTex_ST.xy 是tiling的值,_MainTex_ST.zw 是offset的值 在Material中可以设置的Tiling就是xy，Offset就是zw。UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float, _AnimTime)UNITY_INSTANCING_BUFFER_END(Props) CBUFFER_END //UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP : 从缓冲区中获取实例的属性值,arrayName与UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(name)对应 v2f vert (appdata v) { v2f o; UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v); UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID(v, o);// 仅当您要访问片元着色器中的实例化属性时才需要 //为什么要加 0.5 //像素中心对齐：避免采样时插值到相邻像素。数学原理：将顶点 ID 映射到纹理像素中心坐标。公式推导：纹理U坐标 = (顶点ID + 0.5) * (1.0 / 纹理宽度)float4 uv_anim = float4((v.vid + 0.5) * UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props, _AnimTex_TexelSize).x, _Time.y / UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props, _AnimTime),0.0,0.0); //tex2Dlod 函数,从动画纹理中读取顶点位置 参数说明 _AnimTex：存储顶点位置数据的纹理  //uv_anim.xy：计算得到的 UV 坐标  //uv_anim.zw：LOD 级别（此处设为 0）v.vertex = float4(tex2Dlod(_AnimTex, uv_anim).xyz,1.0); //v.vertex.y = v.vertex.y - 0.5; o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);//模型空间转到屏幕裁切空间 o.uv = v.uv * UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props, _MainTex_ST).xy + UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props, _MainTex_ST).zw; //就是将模型顶点的uv和Tiling、Offset两个变量进行运算，计算出实际显示用的定点uv。 return o; } fixed4 frag (v2f i) : SV_Target { UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(i);// 仅当要在片元着色器中访问任何实例化属性时才需要 fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);//采样贴图 return col; } ENDCG } }}

大部分参考和借鉴：[Unity] GPU动画实现1-5这位大佬的文章