Blend Shape in Unity

2025-05-12

游戏开发技术

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Storage#

Storage of Imported Assets#

BlendShape数据最初存储在导入的3D模型文件中(如FBX)

Storage in Runtime#

In Mesh#

在Mesh中，BlendShape的具体数据包括：

顶点偏移量
法线偏移量
切线偏移量

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// Mesh类包含BlendShape数据
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public sealed class Mesh : Object
3
{
4
    // 获取BlendShape数量
5
    public int blendShapeCount { get; }
6

7
    // 获取指定索引的BlendShape名称
8
    public string GetBlendShapeName(int shapeIndex);
9

10
    // 获取BlendShape的帧数
11
    public int GetBlendShapeFrameCount(int shapeIndex);
12

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    // 重要：这个方法能获取原始BlendShape顶点位移数据
14
    public void GetBlendShapeFrameVertices(
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        int shapeIndex,
16
        int frameIndex,
17
        Vector3[] deltaVertices,
18
        Vector3[] deltaNormals,
19
        Vector3[] deltaTangents
20
    );
21
}

在C++层中

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// 简化的C++伪代码示意内部结构
2
struct BlendShapeChannel
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{
4
    std::string name;
5
    std::vector<BlendShapeFrame> frames;
6
};
7

8
struct BlendShapeFrame
9
{
10
    float weight;
11
    std::vector<Vector3> deltaVertices;  // 顶点位置增量
12
    std::vector<Vector3> deltaNormals;   // 法线增量
13
    std::vector<Vector3> deltaTangents;  // 切线增量
14
};
15

16
class Mesh
17
{
18
    // 其他网格数据...
19
    std::vector<BlendShapeChannel> blendShapes;
20
};

Storate In GPU#

当BlendShape被应用时，数据会通过Mesh被上传到GPU顶点缓冲区：

Compute#

Compute In CPU#

传统上，BlendShape的混合是在CPU端完成的：

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// CPU端BlendShape处理过程的伪代码
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void ProcessBlendShapesOnCPU()
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{
4
    // 获取基础网格数据
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    Vector3[] baseVertices = mesh.vertices;
6
    Vector3[] result = new Vector3[baseVertices.Length];
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    // 复制基础顶点数据
9
    System.Array.Copy(baseVertices, result, baseVertices.Length);
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11
    // 对每个BlendShape进行处理
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    for (int shapeIndex = 0; shapeIndex < mesh.blendShapeCount; shapeIndex++)
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    {
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        // 获取权重
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        float weight = skinnedMeshRenderer.GetBlendShapeWeight(shapeIndex) / 100f;
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17
        if (weight > 0)
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        {
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            // 获取此BlendShape的顶点偏移
20
            Vector3[] deltaVertices = new Vector3[baseVertices.Length];
21
            Vector3[] deltaNormals = new Vector3[baseVertices.Length];
22
            Vector3[] deltaTangents = new Vector3[baseVertices.Length];
23

24
            mesh.GetBlendShapeFrameVertices(shapeIndex, 0, deltaVertices, deltaNormals, deltaTangents);
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26
            // 应用权重偏移
27
            for (int i = 0; i < baseVertices.Length; i++)
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            {
29
                result[i] += deltaVertices[i] * weight;
30
            }
31
        }
32
    }
33

34
    // 最终更新网格并上传到GPU
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    mesh.vertices = result;
36
    mesh.RecalculateBounds();
37
}

当在CPU上计算时，Unity使用SkinnedMeshRenderer组件进行处理，并将计算后的最终网格数据上传到GPU进行渲染。实际上这些计算都是在C++层实现的，主要考虑：

性能考量：处理大量顶点数据需要高效计算，C++比C# 更适合此类低级操作。C++实现允许使用SIMD、多线程等更低层次的优化
内存管理：避免在托管代码中产生大量的垃圾回收压力。

Compute In GPU#

从Unity 2019版本开始，引入了”GPU Skinning”（GPU蒙皮）技术，允许BlendShape在GPU上直接计算。 GPU蒙皮将BlendShape计算移至顶点着色器阶段，大致实现方式为：

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// 顶点着色器中的伪代码（简化版）
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void vert(inout appdata_full v) {
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    // 基础顶点位置
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    float3 basePosition = v.vertex.xyz;
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    float3 finalPosition = basePosition;
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    // 应用每个BlendShape的偏移
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    // 这些值和权重由Unity自动传递到GPU
9
    finalPosition += _BlendShape0 * _Weight0;
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    finalPosition += _BlendShape1 * _Weight1;
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    // ... 更多BlendShape
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13
    v.vertex.xyz = finalPosition;
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}

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Storage

Storage of Imported Assets