在手机上使用Unity Cloth模拟头发和织物

许多设计师迟早都会面临实现逼真的组织或头发行为的挑战。有许多技术可以实现，但是并非所有技术都适合于移动平台。通常，移动开发人员烘焙动画是因为它最便宜。我们将讨论实时仿真-Unity Cloth模块。







Unity Cloth是一个基于组织物理模拟的系统，可与SkinnedMeshRenderer结合使用。它使您可以控制各种参数，例如抗张或抗扭刚度，阻尼（决定织物达到平衡速度的量），风向模拟，内部碰撞的相互作用（自碰撞），摩擦，重力，影响等。撞机等的相互作用



的一个从克拉斯诺达工作室Plarium队的研究统一布的适用性用于移动设备。

第1部分。组织模拟

我们从压力测试开始，以评估在移动设备上使用模块设置的可接受限制。要检查的第一个样品是高多边形多层网格-具有约10k顶点，约7k三角形的海角。以角色身体部位的形状向对象添加了19个胶囊对撞机。其余设置为默认设置。



下图显示了要检查的指标的延迟（以毫秒为单位），具体取决于对象实例的数量。经过测试的设备是小米Mi5（4核，2.15 GHz，3 GB RAM）。







小米Mi5并不是最弱的设备，但已经可以看到严重的性能损失。在功能较弱的设备（联想A536，四核，1.3 GHz，1 GB RAM）上，它们会造成灾难性的后果。接下来，我们将评估最弱设备展示的结果。







仅组织物理学的一项更新就占了800毫秒中的775毫秒。让我们尝试排除对撞机的影响。







对撞机碰撞计算大大降低了性能；在25个实例中，场景中最多存在475个对撞机。



下一个测量是相对于低实例单层模型（153个顶点，256个三角形）而言，实例更少（最多9个），对撞机更少（最多8个）。











让我们看看对撞机计算有什么影响。让我们以一个对象实例在不同设备上的示例为例，建立相应的依赖关系（除了已经使用的设备之外，我们还使用Asus ZenFone 5，双核，2 GHz，1 GB RAM）。







所得函数可以很好地近似为2级多项式函数。



可以看出，具有低多边形对象的情况要好得多。在最古老的设备上，一个对象的一个​​实例平均大约需要1毫秒（对于其他所有条件相同的高多边形模型，则大约为3毫秒），这是相当不错的。



接下来，让我们看看其他参数如何影响性能。



在测试中，使用了单层网格，其细节比以前的尺寸要大一些（〜450个顶点，〜800个三角形）。将1个胶囊对撞机添加到Unity Cloth组件中，检查了该对象的1个实例，还更改了内部碰撞和风效应的其他参数。











诸如内部碰撞计算之类的附加风仿真会降低性能。



这在更复杂的模型上尤其明显。让我们分析刚度（张力，扭转）和衰减的附加参数对具有大约10,000个顶点的网格和具有1个胶囊对撞器的大约500个网格的影响。







以下是在每个测量中参数变化的最弱设备（联想A536）上获得的结果。



1.刚度：拉伸和扭曲-关闭。

低聚：1.67ms高多边形：145.32毫秒。



2.刚度：伸长率-包括/卷曲-关闭。

低聚：1.79ms高poly：160.44ms



3.刚度：伸展-关闭。 /扭曲-含

低聚：1.90ms高多边形：172.19毫秒。



4.刚度：拉伸和扭曲-包括

低聚：1.92ms高poly：194.50ms



5.刚度：伸长率-包括/卷曲-关闭。风影响-包括

低聚：1.69毫秒。高聚：165.73ms。



6.刚度：伸长率-包括/卷曲-关闭。包括衰减

低聚：1.69毫秒。高多边形：172.75ms。



7.刚度：伸长率-包括/卷曲-关闭。风影响-包括衰减-含

低聚：1.76ms 高poly：173.10ms



8.刚度：伸长率-包括 /卷曲-关闭。内部碰撞-包括

低聚：2.01ms。高多边形：Unity Crash



模拟风，渐变，压缩，扭曲和内部相互作用的参数会增加额外的负载，从而在使用高多边形网格时在弱设备上的性能显着降低。顶点较少的网格具有较小的延迟。

• 风速模拟会增加〜9％的总指标延迟。
• 衰落仿真增加了总度量延迟的12％。
• 收缩/扭曲模拟增加了约13-15％的总指标延迟。
• ~ 12–16% ( . : ).

2.

来自cgtrader.com



的模型让我们谈谈Unity Cloth组件在处理头发上的功能。乍一看，这应该比单层织物难得多-首先固定所需的顶点，然后为其余的顶点分配模拟影响程度。但是有一个问题-诸如卷发之类的体积物体的扭结。为了更清楚地了解它们发生的原因，以某种金属（例如氯化钠）的面心立方晶格为例。







扭结的解释是附近的峰超出了远处的峰（如箭头所示）。即使使用内部碰撞相互作用的计算，也无法避免扭结和扭曲。我们得出结论，Unity Cloth不适合用于实体。







模拟设置：

• 参数1：3个对撞机，为拉力和扭曲打开了刚度，关闭了风和内部碰撞，使阻尼消失；
• 参数2：3个对撞机，启用拉伸刚度，禁用风和内部碰撞，禁用衰减；
• 参数3：1个对撞机，启用拉伸刚度，禁用风和内部碰撞，禁用衰减。

两个弱设备的性能指标可以相互比较，小米给出了更好的结果。



在繁忙的场景中，即使是相对较小的延迟也会变得很重要，在移动开发中，这些数字会成倍增加，因此您必须争取每十分之一毫秒的时间。

Unity布组件的摘要

• 它可以很好地处理简单的单层对象（标志，斗篷，床罩和桌布）。
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• . , : Graphics Settings .
• - Unity ( Bug Story).

用Unity Cloth模块创建的简单单层结构的仿真是很现实的。但是，应谨慎使用：与大量对撞机进行交互，以及对风模拟，阻尼，压缩，扭曲，内部交互进行过多计算，都会导致性能下降。通常，Unity Cloth在移动设备上的使用会占用大量资源，尤其是在高多边形网格上模拟织物和头发时。



如果您确实打算在移动平台上使用Unity Cloth，请注意以下建议：

• 更少的顶点意味着更好的性能。使用具有最少顶点数的网格物体。
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