【rust/bevy】使用points构造ConvexMesh

目录

  • 说在前面
  • 问题提出
  • Rapier
  • 具体实现
  • 参考

说在前面

  • 操作系统:win11
  • rust版本:rustc 1.77.0-nightly
  • bevy版本:0.12

问题提出

  • three.js中,可以通过使用ConvexGeometry从给定的三维点集合生成凸包(Convex Hull)

    import { ConvexGeometry } from 'three/addons/geometries/ConvexGeometry.js';
    

    例如:

    const geometry = new ConvexGeometry( points );
    const material = new THREE.MeshBasicMaterial( { color: 0x00ff00 } );
    const mesh = new THREE.Mesh( geometry, material );
    scene.add( mesh );
    

    在这里插入图片描述

  • 但是在bevy中如何实现呢?

Rapier

  • 在当前bevy的版本中,并没有类似的实现,目前支持的shape也比three.js少:
    • Box
    • Capsule
    • Circle
    • Cube
    • Cylinder
    • Icosphere
    • Plane
    • Quad
    • RegularPolygon
    • Torus
    • UVSphere
  • 所以,如果要构造ConvexHull,只能借助第三方库(或者自己实现,可以参考three.js实现)
  • 这里我们借助一个物理库rapier来实现
  • 关于rapier
    这里

具体实现

  • 首先我们通过点集构造ConvexHullrapier可以直接完成这一步:

    let collider = Collider::convex_hull(&points);
    

    但是该方法构造的是一个Collider,实际上是无法直接当成Mesh使用的

  • 然后我们将其转换成ConvexPolyhedron

    let convex = c.as_convex_polyhedron().unwrap();
    
  • 该结构中包含一个凸包的所有属性,例如点、边、面等,事实上,它提供了一个方法,能够直接转换成TriangleMesh所需要的数据:

    impl ConvexPolyhedron {/// Discretize the boundary of this convex polyhedron as a triangle-mesh.pub fn to_trimesh(&self) -> (Vec<Point3<Real>>, Vec<[u32; 3]>) {let mut indices = Vec::new();for face in self.faces() {let i1 = face.first_vertex_or_edge;let i2 = i1 + face.num_vertices_or_edges;let first_id = self.vertices_adj_to_face()[i1 as usize] as u32;for idx in self.vertices_adj_to_face()[i1 as usize + 1..i2 as usize].windows(2) {indices.push([first_id, idx[0] as u32, idx[1] as u32]);}}(self.points().to_vec(), indices)}
    }
    

    但是不包含normal数据,导致光照对其没有作用
    在这里插入图片描述

  • 所以我们需要自己实现一个相似的方法,首先我们来看看测试数据,实际上它有20个点,共12个面,每个面是一个正五边形,所以使用TriangleMesh来表达的话,一共是36个三角形

  • 再让我们来看看bevy中构造一个TriangleMesh需要哪些数据:

    fn create_simple_parallelogram() -> Mesh {// Create a new mesh using a triangle list topology, where each set of 3 vertices composes a triangle.Mesh::new(PrimitiveTopology::TriangleList)// 顶点数据.with_inserted_attribute(Mesh::ATTRIBUTE_POSITION,vec![[0.0, 0.0, 0.0], [1.0, 2.0, 0.0], [2.0, 2.0, 0.0], [1.0, 0.0, 0.0]])// uv数据 在本文中我们并不需要.with_inserted_attribute(Mesh::ATTRIBUTE_UV_0,vec![[0.0, 1.0], [0.5, 0.0], [1.0, 0.0], [0.5, 1.0]])// 法线.with_inserted_attribute(Mesh::ATTRIBUTE_NORMAL,vec![[0.0, 0.0, 1.0], [0.0, 0.0, 1.0], [0.0, 0.0, 1.0], [0.0, 0.0, 1.0]])// 三角形的顶点索引.with_indices(Some(Indices::U32(vec![0, 3, 1,1, 3, 2])))
    }
    
  • 对比我们需要的数据,以及to_trimesh方法,发现我们少了normal数据,不过这个数据在face中就有,那么所有条件就具备了

  • 完整代码

    let plist: Vec<f32> = vec![0., 3.568220853805542, 9.341723442077637, 5.773502826690674, 5.773502826690674, 5.773502826690674, -5.773502826690674, 5.773502826690674, 5.773502826690674, 3.568220853805542, 9.341723442077637, 0., -3.568220853805542, 9.341723442077637, 0., 9.341723442077637, 0., 3.568220853805542, 9.341723442077637, 0., -3.568220853805542, 5.773502826690674, 5.773502826690674, -5.773502826690674, 5.773502826690674, -5.773502826690674, -5.773502826690674, 0., -3.568220853805542, -9.341723442077637, 0., 3.568220853805542, -9.341723442077637, -5.773502826690674, -5.773502826690674, -5.773502826690674, -9.341723442077637, 0., -3.568220853805542, -5.773502826690674, 5.773502826690674, -5.773502826690674, -3.568220853805542, -9.341723442077637, 0., -5.773502826690674, -5.773502826690674, 5.773502826690674, -9.341723442077637, 0., 3.568220853805542, 0., -3.568220853805542, 9.341723442077637, 3.568220853805542, -9.341723442077637, 0., 5.773502826690674, -5.773502826690674, 5.773502826690674];
    let points: Vec<Vec3> = plist.array_chunks().into_iter().map(|&v: &[f32; 3]| Vec3::from_array(v)).collect();
    // 通过点集构造convex hull
    let collider = Collider::convex_hull(&points);
    if let Some(c) = collider {let convex = c.as_convex_polyhedron().unwrap();// 取convex hull的所有面let faces = convex.raw.faces();// 取点集let points = convex.raw.points();// 取映射关系let face_to_vertices = convex.raw.vertices_adj_to_face();let mut positions = Vec::new();// 法向量 用于处理光照let mut normals = Vec::new();let mut indices = Vec::new();// 遍历所有的面for face in faces {let i1 = face.first_vertex_or_edge;let i2 = i1 + face.num_vertices_or_edges;for idx in i1..i2 {let point = points[face_to_vertices[idx as usize] as usize];// 重新构造点集 points是原始点集positions.push([point.x, point.y, point.z]);// 面上的所有点的朝向与面相同normals.push([face.normal.x, face.normal.y, face.normal.z]);}for idx in i1 + 1..i2 - 1 {// 构造顶点索引indices.push([i1, idx as u32, idx + 1 as u32]);}}// 构造Meshlet mesh = Mesh::new(PrimitiveTopology::TriangleList).with_inserted_attribute(Mesh::ATTRIBUTE_POSITION, positions).with_inserted_attribute(Mesh::ATTRIBUTE_NORMAL, normals).with_indices(Some(Indices::U32(indices.concat())));commands.spawn(PbrBundle {mesh: meshes.add(mesh),material: materials.add(Color::rgb_u8(124, 144, 255).into()),transform: Transform::from_xyz(0.0, 1., 0.0).with_scale(Vec3::new(0.1, 0.1, 0.1)),..default()});
    }
    
  • 结果(gif)
    在这里插入图片描述

参考

  • ConvexGeometry

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