unity顶点动画
工具篇
模型合并
根据原模型创建预制件：
清理旧的合并结果，创建新容器对象
PS：注意 DestroyImmediate仅在 Editor 模式下有效，运行时需用Destroy
var targetObj = GameObject.Find("targetObj");
if (targetObj != null)
{
GameObject.DestroyImmediate(targetObj);
}
targetObj = new GameObject("targetObj");
targetObj.transform.localPosition = Vector3.zero;
// ... 其他变换重置 ...收集网格和材质信息
获取所有需要合并的网格组件，包含静态和蒙皮网格。
MeshRenderer[] allMeshRender = sourceObj.GetComponentsInChildren<MeshRenderer>();
SkinnedMeshRenderer[] SkinnedMeshRenderer = sourceObj.GetComponentsInChildren<SkinnedMeshRenderer>();
MeshFilter[] allfilter = sourceObj.GetComponentsInChildren<MeshFilter>();填充 MeshInfo 列表
PS: 必须添加：subMeshIndex 因为需要用于处理多材质网格的分段合并。
cs
foreach (var filter in allfilter)
{
for (int subMeshIndex = 0; subMeshIndex < filter.sharedMesh.subMeshCount; subMeshIndex++)
{
MeshInfo meshInfo = new MeshInfo();
meshInfo.mesh = filter.sharedMesh;
meshInfo.subIndex = subMeshIndex;
meshInfo.matrix4x4 = filter.transform.localToWorldMatrix;
meshInfos.Add(meshInfo);
}
}SkinnedMeshRenderer也需要处理
贴图合并
需要创建一个大的贴图Texture2D，获取所有materials材质球的_MainTex（我只处理了_MainTex，当然也可以处理法线贴图这些其他内容）
PS: COMBINE_TEXTURE_WIDTH是有问题的，后续需要修改，不能这样累加
使用的Texture2D.PackTextures进行打包到图集中的
cs
for (int i = 0; i < materials.Count; i++)
{
Texture2D maintexture = materials[i].GetTexture("_MainTex") as Texture2D;
COMBINE_TEXTURE_WIDTH += maintexture.width;
COMBINE_TEXTURE_HEIGHT += maintexture.height;
MainTexs.Add(maintexture);
}
Texture2D newMainTex = new Texture2D(COMBINE_TEXTURE_WIDTH, COMBINE_TEXTURE_HEIGHT, TextureFormat.RGBA32, true);
Rect[] uvs = newMainTex.PackTextures(MainTexs.ToArray(), 0);UV需要进行偏移
cs
List<Vector2[]> oldUV = new List<Vector2[]>();
Vector2[] uva, uvb;
for (int j = 0; j < combines.Count; j++)
{
uva = combines[j].mesh.uv;
uvb = new Vector2[uva.Length];
for (int k = 0; k < uva.Length; k++)
{
uvb[k] = new Vector2((uva[k].x * uvs[j].width) + uvs[j].x, (uva[k].y * uvs[j].height) + uvs[j].y);
}
oldUV.Add(uva);
combines[j].mesh.uv = uvb;
}最后保存后记得还原uv：
cs
//重新赋值，以免影响其他对象的Mesh
for (int i = 0; i < combines.Count; i++)
{
combines[i].mesh.uv = oldUV[i];
}最后将贴图赋值到一个新建的材质球上进行保存就好了
cs
Material newMaterial = new Material(mainShader);
newMaterial.SetTexture("_MainTex", newMainTex);合并网格设置
cs
List<CombineInstance> combines = new List<CombineInstance>();
foreach (var i in meshInfos)
{
var ci = new CombineInstance();
ci.mesh = i.mesh;
ci.subMeshIndex = i.subIndex;
ci.transform = i.matrix4x4;
combines.Add(ci);
}需要用到CombineInstance方法进行储存
然后使用CombineMeshes方法进行合并
cs
Mesh mesh = new Mesh();
mesh.CombineMeshes(combines.ToArray(), true, false);最后进行保存到对应路径：
cs
AssetDatabase.CreateAsset(newMainTex, $"{MaterialTexturePath}CombineTexture.asset");
AssetDatabase.CreateAsset(newMaterial, $"{MaterialTexturePath}CombineMaterial.mat");
AssetDatabase.CreateAsset(mesh, $"{MaterialTexturePath}CombineMaterial.asset");完整代码：
cs
using System.Collections.Generic;
using Unity.VisualScripting;
using UnityEditor;
using UnityEngine;
public struct MeshInfo
{
public Mesh mesh;
public Matrix4x4 matrix4x4;
public int subIndex;
}
public class CombineVertexTool
{
const string MaterialTexturePath = "Assets/Resources/Material/";
public static void CombineFilter(GameObject sourceObj)
{
var targetObj = GameObject.Find("targetObj");
if (targetObj != null)
{
GameObject.DestroyImmediate(targetObj);
}
targetObj = new GameObject("targetObj");
targetObj.transform.localPosition = Vector3.zero;
targetObj.transform.localRotation = Quaternion.identity;
targetObj.transform.localScale = Vector3.one;
MeshRenderer[] allMeshRender = sourceObj.GetComponentsInChildren<MeshRenderer>(); //包含MeshRenderer和SkinnedMeshRenderer
SkinnedMeshRenderer[] SkinnedMeshRenderer = sourceObj.GetComponentsInChildren<SkinnedMeshRenderer>();
MeshFilter[] allfilter = sourceObj.GetComponentsInChildren<MeshFilter>(); //网格
List<MeshInfo> meshInfos = new List<MeshInfo>();
foreach (var filter in allfilter)
{
for (int subMeshIndex = 0; subMeshIndex < filter.sharedMesh.subMeshCount; subMeshIndex++)
{
MeshInfo meshInfo = new MeshInfo();
meshInfo.mesh = filter.sharedMesh;
meshInfo.subIndex = subMeshIndex;
meshInfo.matrix4x4 = filter.transform.localToWorldMatrix;
meshInfos.Add(meshInfo);
}
}
//材质球数组
List<Material> materials = new List<Material>();
foreach (var i in allMeshRender)
{
foreach (var j in i.sharedMaterials)
{
materials.Add(j);
}
}
foreach (SkinnedMeshRenderer i in SkinnedMeshRenderer)
{
foreach (var j in i.sharedMaterials)
{
materials.Add(j);
}
for (int subMeshIndex = 0; subMeshIndex < i.sharedMesh.subMeshCount; subMeshIndex++)
{
MeshInfo meshInfo = new MeshInfo();
meshInfo.mesh = i.sharedMesh;
meshInfo.subIndex = subMeshIndex;
meshInfo.matrix4x4 = i.transform.localToWorldMatrix;
meshInfos.Add(meshInfo);
}
}
Shader mainShader = materials[0].shader; //要求所有shader都必须使用同一个shader
// 合并 Mesh
// 后去自身和子物体中所有 MsehFilter 组件
List<CombineInstance> combines = new List<CombineInstance>();
foreach (var i in meshInfos)
{
var ci = new CombineInstance();
ci.mesh = i.mesh;
ci.subMeshIndex = i.subIndex;
//ci.mesh.triangles = i.mesh.triangles; //添加会改变原模型的网格
ci.transform = i.matrix4x4;
combines.Add(ci);
}
//收集所有材质贴图
List<Texture2D> MainTexs = new List<Texture2D>();
int COMBINE_TEXTURE_WIDTH = 0;
int COMBINE_TEXTURE_HEIGHT = 0;
for (int i = 0; i < materials.Count; i++)
{
Texture2D maintexture = materials[i].GetTexture("_MainTex") as Texture2D;
COMBINE_TEXTURE_WIDTH += maintexture.width;
COMBINE_TEXTURE_HEIGHT += maintexture.height;
MainTexs.Add(maintexture);
}
//所有贴图合并到newDiffuseTex这张大贴图上
Texture2D newMainTex = new Texture2D(COMBINE_TEXTURE_WIDTH, COMBINE_TEXTURE_HEIGHT, TextureFormat.RGBA32, true);
Rect[] uvs = newMainTex.PackTextures(MainTexs.ToArray(), 0);
List<Vector2[]> oldUV = new List<Vector2[]>();
Vector2[] uva, uvb;
// 遍历所有合并实例（CombineInstance）
for (int j = 0; j < combines.Count; j++)
{
// 获取当前网格的原始UV数组
uva = combines[j].mesh.uv;
// 创建新UV数组（长度与原始UV相同）
uvb = new Vector2[uva.Length];
for (int k = 0; k < uva.Length; k++)
{
uvb[k] = new Vector2((uva[k].x * uvs[j].width) + uvs[j].x, (uva[k].y * uvs[j].height) + uvs[j].y);
}
oldUV.Add(uva);
combines[j].mesh.uv = uvb;
}
Material newMaterial = new Material(mainShader);
newMaterial.SetTexture("_MainTex", newMainTex);
Mesh mesh = new Mesh();
mesh.CombineMeshes(combines.ToArray(), // 合并实例数组
true, // mergeSubMeshes：是否合并子网格
false // useMatrices：是否应用变换矩阵
);
AssetDatabase.CreateAsset(newMainTex, $"{MaterialTexturePath}CombineTexture.asset");
AssetDatabase.CreateAsset(newMaterial, $"{MaterialTexturePath}CombineMaterial.mat");
AssetDatabase.CreateAsset(mesh, $"{MaterialTexturePath}CombineMaterial.asset");
MeshFilter meshFilter = targetObj.AddComponent<MeshFilter>();
meshFilter.sharedMesh = mesh;
MeshRenderer meshRenderer = targetObj.AddComponent<MeshRenderer>();
meshRenderer.sharedMaterial = newMaterial;
//重新赋值，以免影响其他对象的Mesh
for (int i = 0; i < combines.Count; i++)
{
combines[i].mesh.uv = oldUV[i];
}
AssetDatabase.SaveAssets();
AssetDatabase.Refresh();
}
}PS：需要开启纹理贴图，模型可读写：
生成动画数据
根据动画时长和帧率计算总帧数，确定纹理尺寸
cs
AnimationClip clip = clips[0];
//foreach (var clip in clips)
//{
//根据动画时长和帧率计算总帧数，确定纹理尺寸
int animLength = Mathf.CeilToInt(clip.frameRate * clip.length);
int texwidth = meshRenderer.sharedMesh.vertexCount;
texwidth = Mathf.NextPowerOfTwo(texwidth);//取顶点数的下一个二次幂（适配 GPU 纹理要求）
int texHeight = animLength;生成一张纹理：
cs
Texture2D tex = new Texture2D(texwidth, texHeight, TextureFormat.RGBAHalf, false);逐帧写入纹理
cs
// 步骤3：逐帧处理
for (int i = 0; i < animLength; i++)
{
float time = i / clip.frameRate;
//Clip.SampleAnimation(GameObject, time)。Clip是我们需要采样的动画剪辑，输入游戏对象后和采样的时间后，就可以在不运行的情况下直接播放动画，加速烘焙过程
clip.SampleAnimation(sourceObj, time);
// B. 烘焙网格
Mesh bakedMesh = new Mesh();
//烘焙当前帧顶点数据
meshRenderer.BakeMesh(bakedMesh);
Vector3[] vertices = bakedMesh.vertices;
// 写入纹理行（将没一帧顶点数据转换成color数据保存到图片）
for (int frame = 0; frame < meshRenderer.sharedMesh.vertexCount; frame++)
{
// 超出原始顶点数的部分填充黑色
Color pixel = Color.black;
if (frame <= vertices.Length)
{
Vector3 pos = vertices[frame];
pixel = new Color(pos.x, pos.y, pos.z, 1);
}
tex.SetPixel(frame, i, pixel);//x要设置的像素的 x 坐标。范围为 0 到（纹理宽度 - 1）,y要设置的像素的 y 坐标。范围为 0 到（纹理高度 - 1）,color要设置的颜色。
tex.Apply(false); // 可选：分批提交数据（当设置为 true 时，将重新计算多级渐进纹理级别）
}
}完整代码
cs
/// <summary>
/// 生成动画数据（顶点动画）
/// </summary>
public static void CreateVertexAnimaSettingData(GameObject sourceObj)
{
var animator = sourceObj.GetComponent<Animator>();
var clips = animator.runtimeAnimatorController.animationClips;//检索控制器使用的所有 AnimationClip
animator.speed = 1;
//MeshFilter meshFilter = sourceObj.GetComponentInChildren<MeshFilter>();
SkinnedMeshRenderer meshRenderer = sourceObj.GetComponentInChildren<SkinnedMeshRenderer>();
AnimationClip clip = clips[0];
//foreach (var clip in clips)
//{
//根据动画时长和帧率计算总帧数，确定纹理尺寸
int animLength = Mathf.CeilToInt(clip.frameRate * clip.length);
int texwidth = meshRenderer.sharedMesh.vertexCount;
texwidth = Mathf.NextPowerOfTwo(texwidth);//取顶点数的下一个二次幂（适配 GPU 纹理要求）
int texHeight = animLength;
Texture2D tex = new Texture2D(texwidth, texHeight, TextureFormat.RGBAHalf, false);
// 步骤3：逐帧处理
for (int i = 0; i < animLength; i++)
{
float time = i / clip.frameRate;
//Clip.SampleAnimation(GameObject, time)。Clip是我们需要采样的动画剪辑，输入游戏对象后和采样的时间后，就可以在不运行的情况下直接播放动画，加速烘焙过程
clip.SampleAnimation(sourceObj, time);
// B. 烘焙网格
Mesh bakedMesh = new Mesh();
//烘焙当前帧顶点数据
meshRenderer.BakeMesh(bakedMesh);
Vector3[] vertices = bakedMesh.vertices;
// 写入纹理行（将没一帧顶点数据转换成color数据保存到图片）
for (int frame = 0; frame < meshRenderer.sharedMesh.vertexCount; frame++)
{
// 超出原始顶点数的部分填充黑色
Color pixel = Color.black;
if (frame <= vertices.Length)
{
Vector3 pos = vertices[frame];
pixel = new Color(pos.x, pos.y, pos.z, 1);
}
tex.SetPixel(frame, i, pixel);//x要设置的像素的 x 坐标。范围为 0 到（纹理宽度 - 1）,y要设置的像素的 y 坐标。范围为 0 到（纹理高度 - 1）,color要设置的颜色。
tex.Apply(false); // 可选：分批提交数据（当设置为 true 时，将重新计算多级渐进纹理级别）
}
}
tex.Apply(true); // 最终提交
tex.name = sourceObj.name;
//}
AssetDatabase.CreateAsset(tex, $"{MaterialTexturePath}{sourceObj.name}_VerTex.asset");
AssetDatabase.SaveAssets();
AssetDatabase.Refresh();
}我的动画计算出来是19帧，所以height为19像素
工具调用：
cs
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEditor;
using UnityEngine;
using static Unity.VisualScripting.Member;
public class BuildGpuAnimaEditorVertex : EditorWindow
{
[MenuItem("Tools/GPU动画处理工具(顶点动画)")]
static void CreateSecetionData()
{
EditorWindow.GetWindow<BuildGpuAnimaEditorVertex>(true, "GPU动画处理工具(顶点动画)", true).Show();
}
private GameObject source;
public void OnGUI()
{
EditorGUILayout.BeginHorizontal();
EditorGUILayout.LabelField("源资源:", GUILayout.Width(60));
source = EditorGUILayout.ObjectField(source, typeof(GameObject), true) as GameObject;
EditorGUILayout.EndHorizontal();
EditorGUILayout.Space();
EditorGUILayout.LabelField("根据源资源生成对应动画数据贴图资源", GUILayout.Width(240));
EditorGUILayout.Space();
if (GUILayout.Button("开始", GUILayout.Height(20)))
{
CombineVertexTool.CreateVertexAnimaSettingData(source);
}
EditorGUILayout.Space();
EditorGUILayout.LabelField("根据shader和模型生成材质贴图和合并网格", GUILayout.Width(240));
EditorGUILayout.Space();
if (GUILayout.Button("开始", GUILayout.Height(20)))
{
CombineVertexTool.CombineFilter(source);
}
}
}Shader处理
需要添加 #pragma multi_compile_instancing开启GPU 实例化
可以参考这位大佬讲解（UnityShader支持GPU Instance的方法）
cginc
Shader"XXX"{
Properties{
...
}
SubShader{
...
Pass{
...
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#pragma multi_compile_instancing //这里,第一步
...
struct a2v{
...
UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID //这里,第二步
};
struct v2f{
...
UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID //这里,第二步
};
v2f vert(a2v v){
v2f o;
UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v); //
这里第三步
UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID(v,o); //第三步
...
return o;
}
fixed4 frag(v2f i):SV_Target{
UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(i); //最后一步
...
}
ENDCG
}
}
FallBack"Diffuse"
}完整代码：
shader
Shader "Unlit/yu2"
{
Properties
{
_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {} // 主纹理，用于基础颜色
_AnimTex ("Texture", 2D) = "white" {}// 动画纹理，存储顶点位置
_AnimTime ("AnimTime", float) = 1// 动画速度控制参数
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }// 不透明渲染类型
LOD 100 // 细节层级
Pass
{
CGPROGRAM
#pragma target 3.5 //使用Shader Model 3.5
#pragma vertex vert // 顶点着色器
#pragma fragment frag // 像素着色器
// make fog work
#pragma multi_compile_instancing // 启用GPU实例化
#include "UnityCG.cginc" //引用unity自带的UnityCG
//顶点输入与输出结构
struct appdata
{
float4 vertex : POSITION;
float2 uv : TEXCOORD0;
uint vid : SV_VERTEXID;
UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
};
struct v2f
{
float2 uv : TEXCOORD0;
UNITY_FOG_COORDS(1)
float4 vertex : SV_POSITION; //通过vid在动画纹理中定位顶点位置
UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
};
//CBUFFER_START 常量缓冲区：使用后才会允许支持我们的Shader被SRP Batcher（可编程渲染管线合批）允许，从而节省渲染上的性能
CBUFFER_START(UnityPerMaterial)
sampler2D _MainTex;
sampler2D _AnimTex;
//float4 _MainTex_ST;
//必须在特殊命名的常量缓冲区中定义每个实例的属性。使用这对宏来包装对每个实例唯一的属性。
UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(Props)
UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float4, _AnimTex_TexelSize)//_TexelSize 是一个内置变量，用于获取纹理的像素尺寸信息。这个变量是一个 Vector4，包含了纹理的宽度、高度以及它们的倒数 _AnimTex_TexelSize.xyzw = (1/width, 1/height, width, height)
UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float4, _MainTex_ST)//是贴图_MainTex的tiling和offset的四元数,_MainTex_ST.xy 是tiling的值,_MainTex_ST.zw 是offset的值 在Material中可以设置的Tiling就是xy，Offset就是zw。
UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float, _AnimTime)
UNITY_INSTANCING_BUFFER_END(Props)
CBUFFER_END
//UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP : 从缓冲区中获取实例的属性值,arrayName与UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(name)对应
v2f vert (appdata v)
{
v2f o;
UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v);
UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID(v, o);// 仅当您要访问片元着色器中的实例化属性时才需要
//为什么要加 0.5
//像素中心对齐：避免采样时插值到相邻像素。数学原理：将顶点 ID 映射到纹理像素中心坐标。公式推导：纹理U坐标 = (顶点ID + 0.5) * (1.0 / 纹理宽度)
float4 uv_anim = float4((v.vid + 0.5) * UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props, _AnimTex_TexelSize).x, _Time.y / UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props, _AnimTime),0.0,0.0);
//tex2Dlod 函数,从动画纹理中读取顶点位置 参数说明 _AnimTex：存储顶点位置数据的纹理
//uv_anim.xy：计算得到的 UV 坐标
//uv_anim.zw：LOD 级别（此处设为 0）
v.vertex = float4(tex2Dlod(_AnimTex, uv_anim).xyz,1.0);
//v.vertex.y = v.vertex.y - 0.5;
o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);//模型空间转到屏幕裁切空间
o.uv = v.uv * UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props, _MainTex_ST).xy + UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props, _MainTex_ST).zw; //就是将模型顶点的uv和Tiling、Offset两个变量进行运算，计算出实际显示用的定点uv。
return o;
}
fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(i);// 仅当要在片元着色器中访问任何实例化属性时才需要
fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);//采样贴图
return col;
}
ENDCG
}
}
}大部分参考和借鉴：[Unity] GPU动画实现1-5这位大佬的文章