[捏脸]

一.综述

        号称千人千面的天涯明月刀的捏脸系统可能是目前最为成熟的，本文主要研究一下项目中捏脸系统的实现原理，以及不同程度的捏脸系统差别究竟在哪里，是shader渲染更强大，还是说由于开放出来给玩家改变的参数足够多的，可调性更大，当然这个还要注意控制很多参数的范围，不能无限制的修改捏脸，毕竟不能太丑吧。

二.知识扫盲

        在研究这部分内容过程中，要先了解一下人物建模，包括骨骼，蒙皮，mesh，material，shader

骨骼：一个模型首先是有骨骼构建起来，拿人来说，人的各个关节构成了人的骨骼，骨骼数量往往较小（10-几百这个数量级）

顶点和面：一个精致的模型可能具有的面数达到1w以上，甚至10w以上，定点数量要少于面数，不过也非常庞大

Mesh：Unity中所有的模型，包括UI都是由Mesh组成，Mesh由大量的三角形网格组成，是绘制的基本单元

Material：一个Mesh决定了一个网格的形状，Material决定了他渲染出来的实际样子，包括贴图，颜色，反射效果等等

Shader: 决定一个材质中贴图，颜色，顶点位置等的计算方式，每个顶点每个片元的计算方式

SkinnedMeshRender：继承自Renderer的用于渲染带骨骼的人物的渲染器

蒙皮：Mesh顶点确定了以后，将贴图渲染到mesh的过程叫做蒙皮

三.系统分析

        我们游戏为卡通风格，捏脸系统相对简单，很多位置是模型或者贴图的替换，脸部的滑动捏脸稍微复杂点，但比起市面上写实武侠类的MMO捏脸，效果还是差很多的。

简要分析下游戏中各个部位捏脸的控制

1.头发

（1）人的头部挂点Helmet挂载人物头发，8中头发其实对应了SkinnedMeshRender中不同的Material，Shader可以写一个通用的，将可调参数开放出来，8种发型的mesh不同，进而形状不同，shader可以共用一份，通过开放的参数来调节细节

（2）头发颜色自然是通过对应的Material的shader中的Color来调整，主副色：颜色的影响程度主色基础上叠加副色

2.脸部

1.瞳孔，眉毛，睫毛等外观上的替换

通过替换贴图（Texture2D），这个较为简单，毕竟眼睛，眉毛，睫毛等都是外观上的变化，核心就是贴图的变化，而不会涉及到模型顶点和骨骼的变化。

2.鼻子位置，两眼间距，下巴端点位置

这类捏脸，实际上是要去改变模型，脸部的调整，基于骨骼的话，就要想办法去改变mesh，也就是顶点位置，而模型的制作核心其实是，顶点是基于骨骼的插值，一个模型可能有10w个顶点，但往往只会有几百个甚至更少的骨骼，而每个顶点的位置和播放骨骼动画时的位置变化实际上是基于骨骼bone的插值结果。

所以想到几个方案：

方案一

原理：通过捏脸将UI界面的操作映射到Mesh的改变，将Mesh顶点位置改变，达到捏脸的效果

存在的问题：模型顶点数过多，通过改变顶点的方式计算量庞大，况且骨骼动画驱动时，Bone会动态改变Mesh顶点的位置，所以实际播放动画中会产生冲突，你到底是用骨骼驱动的顶点位置，还是用捏脸保存的顶点位置，有人说将捏脸的保存下来再进行骨骼动画不就行了，在我的理解这种方式是行不通的，模型是基于骨骼驱动顶点，而不是顶点驱动骨骼。所以这种做法最极端得方式就是，通过保存顶点位置，逆推骨骼位置进行保存，啊啊啊啊，插值的逆推好像不太现实，这种方式总的来说行不太通，如果人物没有动画还可以考虑一下，但游戏中的模型又怎么可能没有动画呢。

方案二

原理：将捏脸数据保存，每帧更新渲染数据

先来看个图（需要恶补一下游戏引擎渲染过程了，其实每一帧引擎在做什么，先后的顺序是非常关键的）

完整的游戏一帧流程图

可以看到Internal animation update即动画更新之后，会出现场景渲染即SceneRendering，也就是Mesh的渲染实际上是在动画之后的，也就是说在游戏中，会先播放动画（即动画播放时是没有用到捏脸数据，本来动画在一帧过程中我们也看不到捏脸的效果，何况场景中人物比较小），然后我们在LateUpdate里面将捏脸数据渲染出来。总的来说就是每帧去更新动画->捏脸这样一个循环，不过这个开销也是比较大的，毕竟就算是基于骨骼的捏脸运算，每帧对所有骨骼进行矩阵运算，然后，引擎再对顶点进行插值，这个过程也是非常耗的。

方案三（我们游戏中的方案）

骨骼动画的计算原理：

1.将mesh上的点转换为骨骼空间上的点。

骨骼空间就是以关节为原点确定的空间，并不是一个实体。

2.通过缩放、旋转、平移将骨骼移动到新的位置。

3.根据骨骼的新位置计算mesh顶点新世界坐标（骨骼移动，但mesh顶点与骨骼的相对位置不变，所以产生了顶点随骨骼移动的感觉），若一个顶点被多个骨骼影响，则要进行顶点混合计算新世界坐标。

原理：在捏脸时，将捏脸信息传递和推导，得到捏脸过后的bingdPose，bindPose的定义为骨骼静止，即没有播放动画时的初始位置，骨骼动画每帧的驱动都是基于这个位置去计算顶点位置然后进行蒙皮的过程，所以我们如果将捏脸信息一开始就保存到了bindPose中，那么也就无需关心骨骼动画和捏脸数据的冲突，因为用的是同一个bindPose，这种方法会比较高效。

四.别人的捏脸系统怎么做的(可以丰富和改进的地方)

1.丰富脸部骨骼数量，提供更多的可调参数，实现更丰富和细节的脸部调整

2.实现脸部皮肤的次表面散射效果，真正做到吹弹可破

3.一般是左右对称的进行捏脸，可以开放一定程度的不对称捏脸

4.脸型的丰富性，直接对整个脸部骨骼进行替换