S04E07: 圆锥网格生成
最编程
2024-07-05 21:00:10
...
说明
3D 图形学中的圆锥体,就是由两个面组成的空腔,中间是没有实体的。
几何
圆锥体由两部分组成:底部的圆形与上面的锥形,而上面的锥形其实也是一个圆形,只是把靠近中心的点,高度坐标向上拉一下就形成了锥形。
同样,底部圆形的贴图方式也有两种:环绕式,平铺式。另外,由于圆锥体由两部分组成,有时候我们希望对这两部分进行不同的贴图,也就是 splitFaces
,这就要求我们在创建三角形索引时,同时指定一下三角形面对应的材质索引,最后在 MeshDescriptor 中指定 materials 为 MeshDescriptor.Materials.perFace 即可。
惟一有点麻烦的是,圆锥体斜面的法线需要另外计算,我们可以先计算出 x 正方向的法线,然后绕中轴线进行旋转就可以得到所有点的法线。同时注意到这个向量长度本身就是 1,无需进行归一化处理。
所以,再对这个法线向量进行旋转后的坐标为 (coneNormY * cosAngle, coneNormX, coneNormY * sinAngle)
这个旋转操作不影响向量长度,也无需归一化处理。
代码
public static func generateCone(radius: Float, height: Float, angularResolution: Int = 24, radialResolution: Int = 1, verticalResolution: Int = 1, splitFaces: Bool = false, circleUV: Bool = true) throws -> MeshResource {
var descr = MeshDescriptor()
var meshPositions: [SIMD3<Float>] = []
var indices: [UInt32] = []
var normals: [SIMD3<Float>] = []
var textureMap: [SIMD2<Float>] = []
var materials: [UInt32] = []
let vertical = verticalResolution > 0 ? verticalResolution : 1
let angular = angularResolution > 2 ? angularResolution : 3
let radial = radialResolution > 0 ? radialResolution : 1
let verticalf = Float(vertical)
let angularf = Float(angular)
let radialf = Float(radial)
let angularInc = (2.0 * .pi) / angularf
let verticalInc = height / verticalf
let radialInc = radius / radialf
let radiusInc = radius / verticalf
let yOffset = -0.5 * height
let perLoop = angular + 1
let verticesPerWall = perLoop * (vertical + 1)
let hyp = sqrtf(radius * radius + height * height)
let coneNormX = radius / hyp
let coneNormY = height / hyp
for v in 0...vertical {
let vf = Float(v)
let y = yOffset + vf * verticalInc
let rad = radius - vf * radiusInc
for a in 0...angular {
let af = Float(a)
let angle = af * angularInc
let cosAngle = cos(angle)
let sinAngle = sin(angle)
let x = rad * cosAngle
let z = rad * sinAngle
let coneBottomNormal: SIMD3<Float> = [coneNormY * cosAngle, coneNormX, coneNormY * sinAngle]
meshPositions.append(SIMD3<Float>(x, y, z))
normals.append(normalize(coneBottomNormal))
textureMap.append(SIMD2<Float>(1 - af / angularf, vf / verticalf))
if (v != vertical && a != angular) {
let index = a + v * perLoop
let tl = UInt32(index)
let tr = tl + 1
let bl = UInt32(index + perLoop)
let br = bl + 1
indices.append(contentsOf: [tl, bl, tr,
tr, bl, br
])
}
}
}
if splitFaces {
materials.append(contentsOf: Array(repeating: 0, count: angular * vertical * 2))
}
for r in 0...radial {
let rf = Float(r)
let rad = rf * radialInc
for a in 0...angular {
let af = Float(a)
let angle = af * angularInc
let x = rad * cos(angle)
let y = rad * sin(angle)
meshPositions.append(SIMD3<Float>(x, -height * 0.5, y))
normals.append(SIMD3<Float>(0, -1, 0))
if circleUV {
textureMap.append(SIMD2<Float>(af / angularf, 1 - rf / radialf))
} else {
textureMap.append(SIMD2<Float>(x/radius/2+0.5, y/radius/2+0.5))
}
if (r != radial && a != angular) {
let index = verticesPerWall + a + r * perLoop;
let tl = UInt32(index)
let tr = tl + 1
let bl = UInt32(index + perLoop)
let br = bl + 1
indices.append(contentsOf: [tl, bl, tr,
tr, bl, br
])
}
}
}
if splitFaces {
materials.append(contentsOf: Array(repeating: 1, count: angular * radial * 2))
}
descr.positions = MeshBuffers.Positions(meshPositions)
descr.normals = MeshBuffers.Normals(normals)
descr.textureCoordinates = MeshBuffers.TextureCoordinates(textureMap)
descr.primitives = .triangles(indices)
if !materials.isEmpty {
descr.materials = MeshDescriptor.Materials.perFace(materials)
}
return try MeshResource.generate(from: [descr])
}
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