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
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切割平面方程：Ax + By + Cz + D = 0
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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)
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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
| 类型 | 正面顶点数 | 背面顶点数 | 处理方式 |
|---|---|---|---|
| A | 3 | 0 | 保留原三角 |
| B | 0 | 3 | 舍弃原三角 |
| C | 2 | 1 | 生成1个新三角 |
| D | 1 | 2 | 生成2个新三角 |
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
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顶点缓存优化：使用哈希表存储已处理顶点
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并行计算：利用JobSystem进行多线程切割计算
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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
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初始化切割平面
public void ExecuteCut(Vector3 point, Vector3 normal) {cutPlane = new Plane(normal, point);InitializeMeshData();ClassifyVertices();ProcessAllTriangles();GenerateCapMesh();ApplyFinalMeshes();
}
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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
| 模型面数 | 普通算法(ms) | 优化算法(ms) |
|---|---|---|
| 500 | 12.3 | 4.7 |
| 2000 | 46.8 | 15.2 |
| 10000 | 228.5 | 63.4 |
测试环境：Unity 2021.3.6f1，CPU i7-11800H
七、实际应用建议
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美术规范：
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切割面数控制在2000三角面以内
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使用标准化UV布局
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预制体添加切割标记组件
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程序注意事项：
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使用对象池管理切割碎片
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异步加载切割资源
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设置物理模拟阈值
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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。