Unity DOTS《群体战斗弹幕游戏》核心技术分析之3D角色动画

最近DOTS发布了正式的版本, 我们来分享现在流行基于群体战斗的弹幕类游戏，实现的核心原理。今天给大家介绍大规模战斗群体3D角色的动画如何来实现。

DOTS 对角色动画支持的局限性

截止到Unity DOTS发布的版本1.0.16,目前还是无法很好的支持3D角色动画。在DOTS 的baker过程种，不支持常见的动画组件，包括: Animation组件，基于状态机的Animator, 以及人形动画。同时DOTS在节点Baker成Entity的过程种只支持MeshRenderer组件,不支持SkinnedMeshRenderer组件(SkinnedMeshRenderer组件很多转换过来后显示效果不正确)。所以DOTS要支持3D角色动画就变得非常的麻烦。目前主流的方案就两个:

3D帧动画模式: 角色创作的时候使用MeshRender+材质不带动画，然后将动画组件每帧每个顶点的采样数据Bake到一张动画纹理,将这个纹理关联到材质里面。这样当物体Baker的时候，就可以正常地将MeshRender+材质转成Entity。在Shader中从动画纹理里读取动画每一帧,每个节点的模型坐标,再传递给渲染流程,把动画渲染出来。这样Entity就可以支持动画了。
将SkinnedMeshRender +动画做成ECS模式,然后Baker出来，这种Unity目前没有直接开放出来,有一些第三方的插件可以支持。

总之,如果要用DOTS基于ECS来播放3D角色动画,目前Unity DOTS版本(1.0.16)是不直接支持的。

《群体战斗弹幕游戏》应该使用哪种动画系统

《群体战斗弹幕游戏》这类游戏应该使用哪种动画系统会比较好呢？我们来分析一下项目需求，群体战斗有大量的战斗单元在一个屏幕，这些战斗单元对单个的渲染质量要求不高，但是数量巨大导致非常消耗性能。渲染质量要求不高，这样我们的战斗单元的模型的面数可以尽量的低，这样顶点数不会特别多，同时动画也不会很复杂，帧数也可以比较少。总结一下需求：单个模型顶点面数少,动画简单不复杂，节点的数目很多。

按照以上的需求，我们在群体战斗的游戏中选择《3D帧动画》模式来做大规模的角色动画。这个方式有几个好处,动画预先被计算生成到纹理里面，这样代替原来的动画采样计算，空间换时间节省了性能，同时面数少，动画简单，这样动画纹理的内存占用可以接受。针对《弹幕类游戏》有大量的同一种类型的物体,使用MeshRenderer+材质+动画纹理的模式，能最大限度地使用GPU Instancing合批,降低节约DrawCall。

基于帧动画的3D角色动画如何实现

基于帧动画的3D角色动画如何实现呢？结合弹幕游戏的3D角色动画简单的特点,分成以下步骤来具体实现:

(1)基于URP来编写一个最简单的Diffuse Shader,渲染没有光照计算，阴影计算,直接将模型纹理贴到模型表面;

HLSLPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag

// Includes
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/DOTS.hlsl"
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.core/ShaderLibrary/Color.hlsl"
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Core.hlsl"
#include "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl"
#include_with_pragmas "Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/DOTS.hlsl"

struct appdata
{
  float2 uv : TEXCOORD0;
  float4 pos : POSITION;
  UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
};

struct v2f
{
  float2 uv : TEXCOORD0;
  float4 vertex : SV_POSITION;
  UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
};


CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
  sampler2D _MainTex;
  float4 _MainTex_ST;

  // float _AnimLen;
  // sampler2D _AnimMap;
  // float4 _AnimMap_TexelSize;//x == 1/width
CBUFFER_END

float4 ObjectToClipPos(float3 pos)
{
  return mul(UNITY_MATRIX_VP, mul(UNITY_MATRIX_M, float4 (pos,1)));
}

v2f vert(appdata v, uint vid : SV_VertexID)
{
  UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v);


  v2f o;
  o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
  o.vertex = ObjectToClipPos(v.pos);
  return o;
}

float4 frag(v2f i) : SV_Target
{
  float4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
  return col;
}
ENDHLSL

(2)扩展Diffuse Shader，添加anim功能,增加uniform 来接受动画纹理，包括动画纹理对象(sampler2D),动画的时间长度(float);

v2f vert(appdata v, uint vid : SV_VertexID)
{
  UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v);

  float f = _Time.y / _AnimLen;

  fmod(f, 1.0);

  float animMap_x = (vid + 0.5) * _AnimMap_TexelSize.x;
  float animMap_y = f;

  float4 pos = tex2Dlod(_AnimMap, float4(animMap_x, animMap_y, 0, 0));

  v2f o;
  o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
  o.vertex = ObjectToClipPos(pos);
  return o;
}

(3)基于简单的Diffuse Shader+传统的Animation组件做好普通的预制体节点给AnimBaker工具来使用;