折纸效果! Cocos Creator 3.0

Posted by lamyoung on April 29, 2021

仅占用一个 drawcall !

效果

折纸效果

实现

整体思路

思路遵循以下几步

  • 初始化一个多边形。
  • 折叠后分割成两个多边形。
  • 如果需要继续分割,对场上的所有多边形进行折叠,折叠出新的多边形的层级正好与原来的相反。

整体思路

所以,所有的计算和渲染都可以转换成对一个多边形的操作。

为了简化计算,我们约定初始化的多边形为凸多边形。这么做有几个好处。

  • 折叠后生成的仍是凸多变形,并且对于每个多边形只会折叠出两个
  • 渲染时,分割凸多边形为三角形特别方便,即能快速计算出顶点索引

计算

主要分为三块

  • 多边形分割
  • 线线交点
  • 轴对称

分割

观察触摸方向和多边形各个点的关系。

可以发现,触摸方向触摸方向中点指向多边形顶点 的夹角决定了分割后的多边形的点。

分割

  • 当夹角大于90度时,该顶点正好是折叠多边形的顶点。
  • 当夹角等于90度时,该顶点是两个多边形的顶点。
  • 当夹角小于90度时,该顶点是底部多边形的顶点。

向量间的点积正好可以帮助我们判断夹角问题。

const dotValue = temp_v2_vector.dot(temp_v2_vector_3)
if (Math.abs(dotValue) === 0) {
    // 刚好在点上      
} else if (dotValue > 0) {
    // 在前面  
} else {
    // 在后面
}

交点

当被分割的多边形相邻两点与触摸方向的夹角不同时(属于两个多边形的点),需要计算触摸向量的垂直线与该线段的交点。

交点

直线上的一点可以用点和向量表示。

直线上的点

把两直线的点表达式结合,再运用克莱姆法则(Cramer's Rule)求出交点。

克莱姆法则

function linelinePoint(p1: Vec2, p1Dir: Vec2, p2: Vec2, p2Dir: Vec2) {
    const a1 = p1Dir.x, b1 = -p2Dir.x, c1 = p2.x - p1.x
    const a2 = p1Dir.y, b2 = -p2Dir.y, c2 = p2.y - p1.y
    const d = a1 * b2 - a2 * b1,
        d1 = c1 * b2 - c2 * b1,
        d2 = a1 * c2 - c1 * a2
    const t1 = d1 / d, t2 = d2 / d
    return [t1, t2]
}

这里计算的是比例t,这个t不仅可以用来求出顶点坐标,也可以求出相交的纹理坐标。

const posSpilt = Vec2(pos.x + dir.x * t1, pos.y + dir.y * t1)
const uvSpilt = Vec2(uv.x + uvdir.x * t1, uv.y + uvdir.y * t1)

对称点

折叠多边形的顶点正好是原多边形顶点关于触摸垂直轴对称的点。

折叠点

求对称点同样可以运用向量计算。

  1. 求出该顶点与中点的向量
  2. 求出该点在触摸方向的单位向量的投影(点乘),这正好是距离的一半
  3. 求出对称点坐标(距离乘方向向量+起始点坐标)

求对称点

Vec2.subtract(temp_v2_vector_4, temp_v2_pos, pos)
const dotLength = temp_v2_vector_4.dot(temp_v2_vector) * 2
temp_v2_pos_2.set((pos.x + temp_v2_vector.x * dotLength), pos.y + temp_v2_vector.y * dotLength)

渲染

渲染一个图形一般是由三角形组成。

对于凸多边形,分割三角形就比较简单。选取其中一个顶点,和其他顶点连接,就可以把多边形分割成三角形。

凸多边形分割

渲染一个凸多边形采用Assembler的方式组装顶点数据。

分为以下几步实现:

  1. 将引擎中的Sprite-simple组装器拷贝出来,作为自己的组装器模板。
  2. 新建一个类继承Sprite,并设置它的组装器到自己的组装器
  3. 创建变量顶点数组,纹理数组。
  4. 编写组装器逻辑

直接看看代码吧:D

凸多边形的类。

// 仅限凸多边形
@ccclass('PolygonSprite')
export class PolygonSprite extends Sprite {
    @property({ type: [Vec2] })
    protected _vertices: Vec2[] = [new Vec2(-100, -100), new Vec2(100, -100), new Vec2(100, 100), new Vec2(-100, 100)];
    // 省略部分代码

    @property({ type: [Vec2] })
    protected _uvs: Vec2[] = [new Vec2(0, 0), new Vec2(1, 0), new Vec2(1, 1), new Vec2(0, 1)];
    // 省略部分代码

    protected _flushAssembler() {
        //指向自定义的组装器
        let assembler = polygonAssembler;
        if (this._assembler !== assembler) {
            this.destroyRenderData();
            this._assembler = assembler;
        }
        // 省略部分代码
    }
}

接下来看组装器内修改部分。

处理顶点数据

// 保存顶点数据
updateVertexData(sprite: PolygonSprite) {
    //中间变量
    const renderData = sprite.renderData;
    if (!renderData) {
        return;
    }
    renderData.vertexCount = renderData.dataLength = sprite.vertices.length
    // 三角形数量 = 顶点数 - 2
    // 索引数量 = 三角形数量X3
    renderData.indicesCount = (renderData.vertexCount - 2) * 3
    renderData.vertDirty = false;
    for (let i = 0; i < sprite.vertices.length; ++i) {
        const xy = sprite.vertices[i];
        renderData.data[i].x = xy.x
        renderData.data[i].y = xy.y
    }
},

缓存UV坐标,我们定义的纹理坐标是归一化到0-1,在更新数据时再根据实际的纹理坐标(合图)进行转换。

updateUvs(sprite: PolygonSprite) {
    const renderData = sprite.renderData!;
    //实际uv
    const uv = sprite.spriteFrame!.uv;
    // 左 下 上 右 
    const l = uv[0], b = uv[1], t = uv[7], r = uv[6]
    for (let i = 0; i < sprite.uvs.length; ++i) {
        const uvs = sprite.uvs[i];
        renderData.data[i].u = l + (r - l) * uvs.x
        renderData.data[i].v = b + (t - b) * uvs.y
    }
    renderData.uvDirty = false;
},

填充数据修改,顶点索引就从第一个点开始连接到各个顶点的三角形。

fillBuffers(sprite: PolygonSprite, renderer: any) {
    //省略代码

    // 填充顶点
    for (let i = 0; i < renderData.vertexCount; ++i) {
        const vert = renderData.data[i];
        // 计算世界坐标
        vBuf![vertexOffset++] = a * vert.x + c * vert.y + tx;
        vBuf![vertexOffset++] = b * vert.x + d * vert.y + ty;
        vBuf![vertexOffset++] = vert.z;
        // 填充uv
        vBuf![vertexOffset++] = vert.u;
        vBuf![vertexOffset++] = vert.v;
        Color.toArray(vBuf!, sprite.color, vertexOffset);
        vertexOffset += 4;
    }

    // 填充索引
    for (let i = 0; i < sprite.vertices.length - 2; ++i) {
        const start = i;
        iBuf![indicesOffset++] = vertexId;
        iBuf![indicesOffset++] = start + 1 + vertexId;
        iBuf![indicesOffset++] = start + 2 + vertexId;
    }
},

小结

实现折叠效果可以将问题分解成处理一个多边形的问题,并用assembler实现合批渲染。

以上为白玉无冰使用 Cocos Creator 3.0.0 实现 "折纸效果!" 的技术分享。欢迎三连(点赞/在看/留言/分享)支持!

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