【Unity Summary】 Mesh

Mesh

• ある形状を表すデータの集まりのこと
• Material と共に使用
  • Mesh：（GPU が描画する Object の）形状を表す
  • Material：表面の状態を表す
• 物理演算では、Mesh を使って Collider の形状を決定
• 以下の property によって定義される

properties	description
頂点	- 3D 空間における位置の collection - 任意で属性を追加可能
Topology	Mesh を構成している最小単位の面形状
Index	Topology に基づいて、頂点をどのように組み立てて surface が作るかを表す
Blend Shape	- Mesh の様々な変形 version を表すデータ - Animation に使用
Bind Pose	skin された Mesh の skelton の “基本” ポーズを表すデータ

Variable Mesh（Deform）

1. Skined Mesh
2. Mesh with Blend Shape
3. Mesh with Cloth component

Skined Mesh

• Bone という追加データで動作する Mesh
  • Bone は skelton（Rig、joint 階層とも呼ばれる）と呼ばれる構造を形成
  • skelton が動くときにリアルに変形するためのデータを含む
• Animation 機能とともに Skeltan Animation に使用する
  • Rigidbody component と一緒に使用し、“Ragdoll” 効果を作成することも可能

• Ragdoll とは
  • 一群の collider、Rigidbody、joint
  • Humanoid character に適用し、衝撃のある衝突や character の死などの挙動を simulate 可能
  • 設定した場合、手足が物理演算に従いグニャグニャする
    • 簡単に言えば各パーツ毎に Joint（RigidBody 同士を接続する component でドア等に使用）で接続しているだけ
  • [GameObject]>[Create Other]>[Ragdoll...] から設定可能

Mesh with Blend Shape

• Mesh が様々な形状に変形された version を表す
• Morph target Animation に使用される
  • 顔の表情の Animation の一般的な technique

Mesh with Cloth component

• リアルな cloth（布）の similation のために利用

Unity は Mesh の境界を使用して、それを Rendering するかどうかを決定する

• Mesh の Bounding volume 全体が Active な Camera の視野の外側にあると、Rendering しない

Graphics では、それぞれ以下 component で描画される

mesh	component
normal	Mesh Renderer
variant	Skinned Mesh Renderer

物理演算では、以下 component で Collider の形状を決定する

• Mesh Collider component

頂点データ

• 頂点データの要素は、「頂点属性」と呼ばれる
• 各頂点は以下の属性を持つことが可能

attributes	component	methods	deprecated
Position	- Object 空間における頂点の位置 - Mesh の表面を決定	Mesh.GetVertices Mesh.SetVertices	Mesh.vertices
Normal（法線）	- 頂点位置で surface から直接 “外” を指す方向を表す - Mesh surface の light の反射を計算	Mesh.GetNormals Mesh.SetNormals	Mesh.normals
Tangent（接線）	頂点位置で surface の “u”（水平 Texture）軸に沿った方向を表す	Mesh.GetTangents Mesh.SetTangents	Mesh.tangents
Color	頂点の通常色を表す	Mesh.GetColors Mesh.SetColors	Mesh.colors
最大 8 つの Texture 座標（UV）	Texture 座標は一般に UV と呼ばれ、ひとまとまりになったものは Channel と呼ぶ
Bone weight	Bone が頂点に与える影響の強さを示す（Skined Mesh only）
Blend index	どの Bone が頂点に影響を与えるかを示す（Skined Mesh only）

accessor を使用する

• Mesh.vertices ではなく Mesh.GetVertices や Mesh.SetVertices を使用する

UV / Channel

UV

• Texture 座標のこと
  • 3Dモデルにどんな感じで画像を展開・張り付けるかを指定する座標
• poligon 単位での texture 画像の任意の位置を貼り付けるもの

Plane を使うよりも Mesh 数が少なくなるので，高速に描画が可能

• Unity で標準に搭載されている GUITexture は非常に多い poligon 数で構成されているため，計算にかかるコストが大きい
• 2D のゲームを作るなら自身で Sprite を貼り付けるための uv を定義してあげたほうが低コストで作成できる

画像 import 時、2D なら sprite、3D なら Texture として扱われる

• 2D/3D mode 自体はいつでも切り替える可能

Channel

• UV（Texture 座標）の集合体のこと

topology（幾何学）

• Mesh が「持つ面の種類」を示す
  • Triangle
  • Quad（4つ角の何か）
  • Lines
  • LineStrip
  • Points

topology = Mesh を構成している面の形状

index data

• index 配列には「頂点位置配列の要素を参照するための整数」が含まれる
• index を使用して、頂点の位置を面に接続する

各面における index 数

• Mesh の topology（Mesh を構成している面の形状）に依存する

winding order（巻き順）

• index 配列における各 Group の頂点の順序
• 巻き順を使用して、「面が表向きか裏向きか」を判断する
  • その結果、面を Rendering すべきか Culling（Rendering から除外）すべきかを判断

Default では、正面を向いた poligon を Rendering し、背面を向いた poligon を Culling する

Mesh Asset

• Unity project の Mesh を表す

Vertices

• Mesh に含まれる頂点の総数、および Mesh の頂点データを保存するために使用する disk 容量と Runtime memory の量

Indices

• Mesh に含まれる index の総数、このデータを保存するために使用する disk 容量と Runtime memory の量、および各 sub Mesh の index に関する情報

Skin

BlendWeight

• 1 つの頂点に影響を与えられる Bone の数

BlendIndices

• Skin された頂点に影響を与える Bone の index

Blend Shapes

• Mesh に含まれる Blend Shape の総数と名前のリスト
• 各 Blend Shape の横にある frame 数は、それぞれの Blend Shape が持つ key frame 数を表す

Other

Bounds Center

• Mesh の最も外側にある edge がどこにあるかを表す
• Bounds Center は、 Mesh の Bounding Box の中心位置を保存

Bounds Size

• Bounding Box の edge の X、Y、Z 方向の長さを表す

Read/Write Enabled

• Mesh.isReadable property の値
• Runtime に特定の Mesh データにアクセスし、変更できるかどうかを決定

Mesh Preview

value	description
Shaded	基本的な light で Mesh の視覚化
UV Checker	Mesh の UV Map がどのように Texture を適用するかを視覚化
UV Layout	Unwrap した UV Map の中で、 Mesh の頂点がどのように構成されているかを視覚化
Vertex Color	Mesh の頂点が持つあらゆる頂点色を視覚化
Normals	Mesh の法線の相対的な方向を色で視覚化
Tangents	Mesh の接線データを色で可視化
Blendshapes	Mesh への Blend Shape の deformation（変形）を視覚化

Mesh component

Mesh Renderer component

Normal

• Mesh Filter component と連動し、Mesh Filter が参照する Mesh を描画する
• MeshRenderer は、その機能の多くを Renderer から継承している
  • 上記より、Renderer を継承する他の component（Line Renderer、Trail Renderer など）と多くの共通点がある
• 以下を設定可能
  • Materials
  • Lighting
  • Lightmapping
  • Probes
  • Additional Settings

Mesh Filter component が必要（必ずセットで使う）

Skinned Mesh Renderer component

• 可変 (deformable) の Mesh を描画する
  • 可変 Mesh には、以下が含まれる
    1. Skined Mesh（Bone と Bind pose を持つ Mesh）
    2. Mesh with Blend Shape
    3. Mesh with Cloth component

Mesh Filter component が不要

Mesh Filter component

• Mesh への参照を保存する

Mesh Filter が参照する Mesh を変更した場合

• 他 component の設定は変更されない
  • 予期しない property で Mesh が Rendering される可能性がある

Mesh class

• Object の Mesh Geometry に対する基本的な script interface
• 配列を使用して、三角形、頂点位置、法線、Texture 座標を表す
• Mesh data は、Mesh Filter component（Mesh への参照を保存する）を用いて、 Object に attach されている
  • Geometryを作るために Mesh Renderer も必要
• 当該 component には、GetComponent() でアクセス可能

using UnityEngine;
public class ExampleScript : MonoBehaviour
{
  MeshFilter mf;
  void Start()
  {
    // 対象 Object が MeshFilter を持っている場合は、mf はその component を参照
    mf = GetComponent<MeshFilter>();    
  }
}

Mesh LOD

• LOD 技術を使用すると、 Camera Object からの距離に基づいて、 Game Object を Rendering する三角形の数を減らすことが可能
• Game Object の Geometry に Detail level を下げた多くの Mesh を持つ必要がある
  • これらの Mesh は「LOD level」と呼ばれる
• Game Object が Camera から遠いほど、LOD level の低い LOD level を Rendering する
• 各 LOD level は、個々の Game Object に存在
  • それぞれがその LOD level を表示する Mesh Renderer component を持つ

Popping

• LOD level から次の level へ明らか（不自然）に切り替わること
• Cross Fade（2 つの level を同時に Rendering する技法）で、異なる LOD level間で 0 から 1 の重み付けすることで解消

How to set

• LOD を使用するには、LOD Group component を持つ Game Object が必要
  • LOD Group component によって、各 LOD level で表示/非表示にする Game Object を参照する
• 具体的には以下2つの方法で設定する

type	description	note
Auto	外部 3D modeling application で LOD level を設定	- Mesh を正しく命名すると、model import 時に LOD Group component を持つ Game Object を自動的に作成して設定 - ExampleMeshName_LOD1 など
Manual	LOD Group component で Game Object を作成

• 最大「8」の LOD level まで設定可能
• LOD 0： Camera に最も近く、最も詳細な LOD level

How to set（All）

• Quality Setting Window で、Project 内のすべての Game Object に影響する LOD 設定可能
• 以下2種類の設定がある

settings	note
Maximum LOD Level	指定した LOD level より高い Mesh を build から除外
LOD Bias	閾値の距離で LOD levelを高くするか低くするかを決定

Mesh Compression

• Mesh データを圧縮して size を小さくし、パフォーマンスを向上
• 圧縮方法は以下2つ
  1. Vertex
  2. Mesh

同じ Project で両方の圧縮方法を使用することは「可能」

Vertex Compression

• Project 内の全ての Mesh に影響する設定
  • Mesh に低精度のデータ形式を使用可能
    • memory 内の Mesh データの size が小さくなり、ファイルサイズがわずかに減少し、GPU パフォーマンスが向上する可能性がある
  • 精度が落ちるというデメリットもある

Vertex：頂点

Read/Write Enabled property の無効化必須

• Model Import Settings Window の Model tab で設定

Skined Mesh は不可

Mesh Compression

• 個々の Mesh に影響する設定
  • disk 上の Mesh データを圧縮し、ファイル size を小さくする
    • load 時間の増加、load 時の一時的な memory 使用量の増加、圧縮による Artifact の可能性あり

Mesh load

• 以下2種類の方法で、Texture や Mesh のデータを disk から読み込み、GPU に upload する
  • 同期型 upload Pipeline
  • 非同期 upload Pipeline

主な違いは、「Build 時に Unity がデータを保存する場所」
（Runtime に Unity がデータを読み込む方法に影響）

同期型 upload pipeline

• 1 frame
  • Texture や Mesh の Meta data（Header data）と、テクセル/頂点データ（Bnary data）の "両方" を読み込む必要がある
• Build
  • Mesh や Texture の Header と Binary data の両方を "1つ" の .res ファイルに書き込む
• Runtime
  • Texture や Mesh の Header data と Binary data の両方を .res ファイルから memory に load
  • すべてのデータが memoery に入ると、Binary data を memory から GPU に upload
  • load と upload の作業は、主に main thread で 1 frame 内で実行

非同期 upload Pipeline

• 1 frame
  • "Header data のみ" を load する必要がある
  • 次 frame で Binary data を GPU に Streaming することが可能
• Build
  • Header データを .res ファイル、Binary data を"別の" .res ファイルに書き込む
• Runtime
  • Texture の Header と Binary data の両方を 1 つの .res ファイルに書き込む
  • Application が Texture や Mesh を必要とすると、.res ファイルから Header を memory に load
  • Header が memory に入ったら、size を固定したリング Buffer を使って、.res ファイルから GPU に Binary data を Streaming
  • 複数の Thread を使って数 frame に渡って、Binary data を Streaming
    • なお、既に GPU Hardware を知っている一部の console platform では、リング Buffer を skip して直接 GPU memory に load

API Updater

• API version up 変更に自動で対応する
  • script や assembly 内の古い code を特定・更新する
• 以下2種類の Updater が存在する
  • ScriptUpdater：script
  • AssemblyUpdater：Asembly（.dll）