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深入解读Job system(2)

2018-10-13 13:35 Unity

上一篇文章中,我们讲解了Job System的基础知识,本文将以网格变形项目为示例,讲解Job System的使用。

 

该项目中,我们将程序化生成一个平面,然后使用鼠标点击输入来生成球体,然后球体会在平面上产生凹槽,该功能可以用于实现脚印的效果。此项目只是使用Unity的Job System来实现高效网格变形的一个开端。


访问代码

本文代码你可以在GitHub上查看:

https://github.com/itsKristin/Jobified-Meshdeformation


DeformableMesh.cs

首先编写生成平面的代码。创建一个C#脚本,命名为DeformableMesh。我们将加入using Unity.Collections声明,因为我们需要使用NativeArrays和Unity.Jobs,而且作业要继承自IJobParalelFor。

 

我们要定义几个变量,用来帮助定义程序化生成平面的大小、作用力和半径,在变形部分时会用到这些变量,我们还在Awake函数缓存了所有需要用于渲染网格的信息。

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using Unity.Collections;
using Unity.Jobs;

[RequireComponent(typeof(MeshFilter),(typeof(MeshRenderer)))]
public class DeformableMesh : MonoBehaviour
{
 [Header("Size Settings:")]
 [SerializeField] float verticalSize;
 [SerializeField] float horizontalSize;

 [Header("Material:")]
 [SerializeField] Material meshMaterial;

 [Header("Indentation Settings:")]
 [SerializeField] float force;
 [SerializeField] float radius;

 Mesh mesh;
 MeshFilter meshFilter;
 MeshRenderer meshRenderer;
 MeshCollider meshCollider;

 //网格信息

 Vector3[] vertices;
 Vector3[] modifiedVertices;
 int[] triangles;

 Vector2 verticeAmount;

 void Awake()
 {
   meshRenderer = GetComponent<MeshRenderer>();
   meshFilter = GetComponent<MeshFilter>();
   meshFilter.mesh = new Mesh();
   mesh = meshFilter.mesh;
   GeneratePlane();
 }


仔细观察代码以及注释内容,了解如何通过代码程序化生成平面。

/*网格是由顶点和三角形构建的,基本上由其中的三个顶点构建。我们首先处理顶点的位置。

顶点需要Vector3数组,因为它们在世界空间中拥有3D位置。数组的长度取决于所生成平面的大小。

简单来说,可以想象平面顶部有网格覆盖,每个网格区域的每个角都需要一个顶点,相邻区域可以共享同一个角。因此,在每个维度中,顶点的数量需要比区域的数量多1。*/

void GeneratePlane()
{
 vertices = new Vector3[((int)horizontalSize + 1) *
 ((int)verticalSize + 1)];
 Vector2[] uv = new Vector2[vertices.Length];

  /*现在使用嵌套的for循环相应地定位顶点*/

 for(int z = 0, y = 0; y <= (int)verticalSize; y++)
 {
   for(int x = 0; x <= (int)horizontalSize; x++, z++)
   {
     vertices[z] = new Vector3(x,0,y);
     uv[z] = new Vector2(x/(int)horizontalSize,
     y/(int)verticalSize);
   }
 }

  /*我们已经生成并定位了顶点,应该开始生成合适的网格。

  首先设置这些顶点为网格顶点*/

 mesh.vertices = vertices;

  /*我们还需要确保我们的顶点和修改的顶点在一开始就相互匹配*/

 modifiedVertices = new Vector3[vertices.Length];
 for(int i = 0; i < vertices.Length; i++)
 {
   modifiedVertices[i] = vertices[i];
 }
 mesh.uv = uv;

  /*网格此时还不会出现,因为它没有任何三角形。我们会通过循环构成三角形的点来生成三角形,这些三角形的标签会进入int类型的triangles数组中*/

 triangles = new int[(int)horizontalSize *
 (int)verticalSize * 6];

 for(int t = 0, v = 0, y = 0; y < (int)verticalSize; y++, v++)
 {
   for(int x = 0; x <(int)horizontalSize; x++, t+= 6, v++)
   {
     triangles[t] = v;
     triangles[t + 3] = triangles[t + 2] = v + 1;
     triangles[t + 4] = triangles[t + 1] = v + (int)horizontalSize + 1;
     triangles[t + 5] = v + (int)horizontalSize + 2;
   }
 }

  /*最后,我们需要将三角形指定为网格三角形,然后重新计算法线,确保得到正确的光照效果*/

 mesh.triangles = triangles;
 mesh.RecalculateNormals();
 mesh.RecalculateBounds();
 mesh.RecalculateTangents();

  /*我们还需要碰撞体,从而能够使用物理系统检测交互*/

 meshCollider = gameObject.AddComponent<MeshCollider>();
 meshCollider.sharedMesh = mesh;

  //我们需要设置网格材质,以避免出现难看的红色平面

 meshRenderer.material = meshMaterial;
}


我们使用了不同的方法进行碰撞检测,MouseInput脚本会触发一个协程,该协程会在平面上创建圆形球体并留下凹槽。

void OnCollisionEnter(Collision other) {
   if(other.contacts.Length > 0)
   {
    Vector3[] contactPoints = new Vector3[other.contacts.Length];
     for(int i = 0; i < other.contacts.Length; i++)
     {
       Vector3 currentContactpoint = other.contacts[i].point;
       currentContactpoint = transform.InverseTransformPoint(currentContactpoint);
       contactPoints[i] = currentContactpoint;
     }
     IndentSnow(force,contactPoints);
   }
 }

 public void AddForce(Vector3 inputPoint)
 {
   StartCoroutine(MarkHitpointDebug(inputPoint));
 }

 IEnumerator MarkHitpointDebug(Vector3 point)
 {
   GameObject marker = GameObject.CreatePrimitive(PrimitiveType.Sphere);
   marker.AddComponent<SphereCollider>();
   marker.AddComponent<Rigidbody>();
   marker.transform.position = point;
   yield return new WaitForSeconds(0.5f);
   Destroy(marker);
 }


现在来到了重点部分,调度作业。我们将在这部分可视化说明了解调度作业的方法的重要性。


第一个代码段是个调度作业的方法,可以复制该代码段到自己的项目中,然而它执行的效果不如预期的高效。原因很简单,我们可能会使用到IJobParalelFor,但并没有让作业并行执行,因为我们会在调度后马上调用Complete, 这样就会导致执行还是需要一个一个的来。

public void IndentSnow(float force, Vector3[] worldPositions)
 {
   NativeArray<Vector3> contactpoints = new NativeArray<Vector3>
   (worldPositions, Allocator.TempJob);
   NativeArray<Vector3> initialVerts = new NativeArray<Vector3>
 (vertices, Allocator.TempJob);
 NativeArray<Vector3> modifiedVerts = new NativeArray<Vector3>
(modifiedVertices, Allocator.TempJob);
 
 IndentationJob meshIndentationJob = new IndentationJob
{
      contactPoints = contactpoints,
      initialVertices = initialVerts,
      modifiedVertices = modifiedVerts,
      force = force,
      radius = radius
 };

 JobHandle indentationJobhandle = meshIndentationJob.Schedule(initialVerts.Length,initialVerts.Length);
 indentationJobhandle.Complete();
 
   contactpoints.Dispose();
   initialVerts.Dispose();
   modifiedVerts.CopyTo(modifiedVertices);
   modifiedVerts.Dispose();

   mesh.vertices = modifiedVertices;
   vertices = mesh.vertices;
   mesh.RecalculateNormals();
 }


现在查看下图性能分析器。



仔细注意到上图中的工作线程,你会看到所有线程中的等待时间,这是因为我们没有相应地调度作业。希望上图能清楚告诉你调度的重要性。

 

下面我们来进行正确的调度作业。

 

后面的代码段中,我们会创建一个类,它将帮助我保存本地数组和作业句柄。我会跟踪已创建的每个作业,然后在Update中从循环代码完成它。

 

在调度要执行的作业前,我们定义了一些变量,下面的代码段中我们没有使用Vector3的常规数组,而是使用了NativeArray<Vector3>。NativeArrays中添加了Job System命名空间,从而确保能够安全地处理多线程代码。

 

如前文所说,这些数组和常规数组不同,因为你必须定义一个分配器。这基本上是NativeArrays持续性和分配过程的数值。这些数组还不会受到垃圾收集过程的影响,因此它们和本地代码相似,所以你需要手动除去或释放这些数组。

void IndentSnow(float force, Vector3[] worldPositions,ref HandledResult newHandledResult)
 {

   newHandledResult.contactpoints = new NativeArray<Vector3>
   (worldPositions, Allocator.TempJob);
   newHandledResult.initialVerts = new NativeArray<Vector3>
 (vertices, Allocator.TempJob);
   newHandledResult.modifiedVerts = new NativeArray<Vector3>
(modifiedVertices, Allocator.TempJob);
 
 IndentationJob meshIndentationJob = new IndentationJob
{
      contactPoints = newHandledResult.contactpoints,
      initialVertices = newHandledResult.initialVerts,
      modifiedVertices = newHandledResult.modifiedVerts,
      force = force,
      radius = radius
 };

 JobHandle indentationJobhandle = meshIndentationJob.Schedule(newHandledResult.initialVerts.Length,newHandledResult.initialVerts.Length);
 
   newHandledResult.jobHandle = indentationJobhandle;

   scheduledJobs.Add(newHandledResult);
 }

 void CompleteJob(HandledResult handle)
 {
   scheduledJobs.Remove(handle);

   handle.jobHandle.Complete();
 
   handle.contactpoints.Dispose();
   handle.initialVerts.Dispose();
   handle.modifiedVerts.CopyTo(modifiedVertices);
   handle.modifiedVerts.Dispose();

   mesh.vertices = modifiedVertices;
   vertices = mesh.vertices;
   mesh.RecalculateNormals();
     
 }
}

struct HandledResult
{
 public JobHandle jobHandle;
 public NativeArray<Vector3> contactpoints;
 public NativeArray<Vector3> initialVerts;
 public NativeArray<Vector3> modifiedVerts;
}


最后,性能分析器会告诉新代码的效率明显高了很多。

 

IndentationJob.cs

最后需要编写IndentationJob.cs,该代码是执行作业的struct。作为作业,它也继承自IJob接口,本示例中是IJobParallelFor,它最后会对网格变形产生影响,因为想要让它在每个作业多次运行,我们将调用作业的执行函数,调用次数等于网格顶点的数量。

 

你编写的每个作业都必须拥有Execute()函数,因为你需要通过该函数添加自定义代码到作业中。

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using Unity.Collections;
using Unity.Jobs;

public struct IndentationJob : IJobParallelFor {

 public NativeArray<Vector3> contactPoints;
 public NativeArray<Vector3> initialVertices;
 public NativeArray<Vector3> modifiedVertices;

 public float force;
 public float radius;

 public void Execute(int i)
 {
   for(int c = 0; c < contactPoints.Length; c++)
   {
     Vector3 pointToVert = (modifiedVertices[i] - contactPoints[c]);
     float distance = pointToVert.sqrMagnitude;

     if(distance < radius)
     {
       Vector3 newVertice = initialVertices[i] + Vector3.down * (force);
       modifiedVertices[i] = newVertice;
     }
   }
 }
}

 

在Execute()函数中,我们在顶点和特定在碰撞球体时缓存contactPoints变量中循环,然后比较半径大小,如果符合条件,我们会给顶点添加负作用力值,从而造成下图中的凹槽。顺便一提,如果作用力为负,顶点会上升而不是下沉。

 

小结

本文将以网格变形项目为示例,讲解Job System的使用就介绍到这里,希望大家学以致用,熟练掌握Job System。Unity更多内容介绍尽在Unity官方中文论坛(UnityChina.cn)!

 

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