UE5 Chaos ：官方文献总结 + 渲染网格体 (Render Mesh） 和模拟网格体 是如何关联的？为什么模拟网格体 可以驱动渲染网格体？

官方文献：https://dev.epicgames.com/community/learning/tutorials/pv7x/unreal-engine-panel-cloth-editor

1. 流程概述

本文档介绍了如何通过面板编辑器（Panel Editor）在Unreal Engine中生成基于面板的布料资源。流程主要包含从Marvelous Designer导出静态网格（Static Mesh），并导入至Unreal中，利用两种网格实现布料模拟：

• 可渲染网格（Renderable Mesh）：用于最终显示。
• 模拟网格（Simulation Mesh）：专门用于驱动物理模拟，对可渲染网格进行代理变形。

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2. 静态网格的生成与要求

• 创建网格：在Marvelous Designer等DCC软件中创建服装面板，并导出为静态网格。
• UV 要求：所有面板都需生成UV坐标，且需落在0-1空间。
• 碰撞一致性：在Marvelous Designer中使用的碰撞资产，需与在Unreal使用的静置姿态保持一致。
• 网格分离：需导出两个独立的网格文件——一个供渲染，一个供模拟。

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3. Marvelous Designer导出设置

• 渲染网格（Render Mesh）：
  • 粒子距离（Particle Distance）：12（衬衫）/5（领口）
• 模拟网格（Simulation Mesh）：
  • 粒子距离（Particle Distance）：18（衬衫）/10（领口）
  • 移除了内部线和口袋，网格更薄、简化。
• 文件格式：均为单一焊接的FBX网格。
• 手动导出：需分别导出渲染和模拟网格两份文件。
• 模拟网格设为 Thin 是标准且最高效的做法。
• 渲染网格设为 Thick 是为了获得真实感而强烈推荐的做法，但并非强制性的“必须”。用户可以根据自己的需求选择导出 Thin 网格。

这背后的核心是一种常见的计算机图形学技术，通常称为代理绑定 (Proxy Binding) 或 表面变形传递 (Surface Deformation Transfer)。

关联机制 (How they are linked):

这种关联通常在布料设置阶段（例如在 UE 的 Panel Cloth Editor 的 Dataflow 图表中）建立，而不是在运行时动态计算。过程大致如下：

1. 空间邻近性计算: 系统会分析渲染网格体 (Render Mesh) 上的每一个顶点。

2. 寻找参考点/面: 对于 Render Mesh 上的每个顶点，系统会在模拟网格体 (Sim Mesh) 上找到最接近的几个顶点或最接近的那个三角面片 (Triangle)。

3. 计算绑定信息 (权重或坐标): 最关键的一步是计算并存储一种“绑定信息”，它定义了 Render Mesh 顶点如何根据 Sim Mesh 的变形来移动。最常用的方法是重心坐标 (Barycentric Coordinates)：

   • 对于 Render Mesh 上的一个顶点 P，系统找到它在 Sim Mesh 上的投影点所在的那个三角面片 (假设顶点为 A, B, C)。

   • 系统计算出 P 点相对于 Sim Mesh 三角面片 A, B, C 的重心坐标 (u, v, w)。这意味着 P 的位置可以表示为 P = u*A + v*B + w*C，其中 u + v + w = 1。

   • 这个 (u, v, w) 坐标就被存储下来，作为 Render Mesh 顶点 P 和 Sim Mesh 三角面片 ABC 之间的绑定关系。

4. 存储绑定数据: 这个计算出来的绑定信息（每个 Render Mesh 顶点对应的 Sim Mesh 参考点/面以及相应的权重或重心坐标）会作为布料资产的一部分被存储起来。

工作原理 (Why Sim Mesh can drive Render Mesh):

一旦这种绑定关系建立并存储好，驱动过程就变得相对直接：

1. 模拟计算: 在运行时，Unreal Engine 的 Chaos Physics 解算器只对模拟网格体 (Sim Mesh) 进行物理计算。这意味着它会根据力（如重力、风力）、碰撞（与角色身体或其他物体）以及约束来更新 Sim Mesh 上每个顶点的位置。这个过程因为 Sim Mesh 的低面数和优化结构而相对高效。

2. 变形传递: 在每一帧，当 Sim Mesh 的顶点位置被物理模拟更新后：

   • 系统会查找之前存储的绑定信息。

   • 对于 Render Mesh 上的每一个顶点 P，它会找到其对应的 Sim Mesh 参考三角面片 (A, B, C) 和对应的重心坐标 (u, v, w)。

   • 它获取 Sim Mesh 顶点 A, B, C 当前帧被模拟更新后的新位置 (A', B', C')。

   • 使用相同的重心坐标 (u, v, w)，计算出 Render Mesh 顶点 P 在当前帧的新位置：P' = u*A' + v*B' + w*C'。

3. 更新渲染网格体: 所有 Render Mesh 顶点的位置都通过这种方式基于 Sim Mesh 的当前状态计算出来后，整个 Render Mesh 就呈现出被驱动的变形效果。

总结来说：

• 关联: 通过在设置阶段计算并存储 Render Mesh 顶点相对于 Sim Mesh 表面的位置关系（通常是重心坐标）来建立。

• 驱动: 在运行时，物理引擎只模拟 Sim Mesh。然后，利用预先计算好的绑定关系，将 Sim Mesh 的变形实时地、插值地传递给 Render Mesh 的每一个顶点，从而让高细节的 Render Mesh 跟随低多边形的 Sim Mesh 运动。

这种方法的核心优势在于：

• 性能: 物理模拟在低多边形、优化的 Sim Mesh 上运行，速度快。

• 质量: 最终显示的是高多边形、包含细节的 Render Mesh，视觉效果好。

• 解耦: 将复杂的物理计算与最终的视觉表现分离，简化了流程和优化。

在 UE 的 Panel Cloth Editor 中，像 TransferSkinWeights 这样的节点是将角色骨骼动画影响传递给 Sim Mesh 的一部分，而 Sim Mesh 和 Render Mesh 之间的这种驱动关系则是在 Dataflow 图表构建布料资产（Cloth Asset）的过程中通过特定的节点或内部逻辑建立起来的。

对于在UE5.3 Panel Cloth Editor中使用的"Simulation Mesh"(模拟网格体)，有以下几点几何要求：

几何结构要求

三角形面

• 是允许的，实际上Unreal Engine在导入时会自动将所有多边形面三角化7

• 但需要避免"退化三角形"，即具有重合顶点的三角形，这会导致错误提示"Failed to generate clothing sim mesh due to degenerate triangle"2

五边形面(N-gons)

• 不建议使用，因为任何超过四边的多边形(n-gons)在引擎中都会被自动三角化37

• N-gons可能在三角化过程中造成歧义和不可预测的结果3

• 建议在导入Unreal Engine之前，在3D建模软件中将所有五边形或更高边数的面转换为四边形或三角形3

其他几何要求

网格体质量

• 模拟网格体通常应比渲染网格体更加简化，密度较低6

• 例如，在示例中衬衫的渲染网格体密度为12，而模拟网格体密度为18(数值越大密度越低)6

避免的几何问题

• 非平面多边形：所有面应当尽量平坦3

• 重叠的顶点/边：这些会导致三角化过程产生意外结果3

• 无效几何体：损坏或非流形几何体(边缘和顶点不正确对齐)会导致三角化错误3

推荐做法

• 使用"薄壁、焊接"(thin welded)版本作为模拟网格体6

• 保持模型干净，没有内部细节，使解算更容易处理6

• 使用静态网格体(Static Mesh)作为模拟网格体59

总结来说，模拟网格体最好由四边形和三角形组成，避免使用五边形及更高边数的多边形，并确保几何体质量良好，没有重合顶点和非流形结构。在大多数情况下，Unreal Engine会自动将导入的网格体三角化，但提前处理好网格几何可以避免后续问题。