[转载]深入解读Job System(2)

发布于 2018-10-14  5 次阅读


上一篇深入解读Job System(1)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。

[转载]深入解读Job System(2)插图

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。

[转载]深入解读Job System(2)插图(2)

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。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。

[转载]深入解读Job System(2)插图(4)

版权所有:unity中文官方社区 原文地址:深入解读Job System(2)

 


粉色的花瓣,美丽地缠绕在身上。依在风里。