Marching Cubes

Marching可以理解为一种循环

步进正方形（Marching Cubes）是一种非常常用的构建三角形网格的算法，在三维空间中均匀摆放正方形，循环遍历这些正方形，插值出三角形表面

Marching Cubes每个顶点有两个参数，顶点位置和权重（SDF）

Unity显示三角形网格

注意！Unity拼装Mesh时，要先设置vertices，再设置triangles（尤其是在使用SetIndices接口，而非直接改mesh成员的方式），因为Unity在修改triangles时会对内部的信息做一次合法性检测，如果此时vertices是空的，就会报越界的错

// 构建一个Mesh，填充Vertex Buffer和Index Buffer
Mesh constructMesh = new Mesh();
constructMesh.vertices = verts;		// 这里的vertices仅有positionOS
constructMesh.triangles = tris;		// 一个int数组，每三个组成一个三角形，内容是vertices的索引，于是一般情形下远多于三倍的vertices数量
constructMesh.RecalculateNormals();		// 重建法线（应该是对面法线求平均值）
// 替换MeshFilter的sharedMesh
meshFilter.sharedMesh = constructMesh；

Unity Compute Shader

// 创建一个Buffer
ComputeBuffer buffer = new ComputeBuffer(count, stride, type);

stride是Buffer内每个元素的大小，注意CPU和Shader中定义要一致
type是Buffer的类型
- AppendStructuredBuffer
- RWStructuredBuffer

AppendStructuredBuffer

有些像一个总容量固定的vector，在使用时需要提前分配一个足够大的总容量

// 在CPU端设置有效容量
_trianglesBuffer.SetCounterValue(0);

// 在CPU端获取当前有效容量
int ReadTriangleCount() {
    int[] triCount = { 0 };
    ComputeBuffer.CopyCount(_trianglesBuffer, _trianglesCountBuffer, 0);
    _trianglesCountBuffer.GetData(triCount);
    return triCount[0];
}

AppendStructuredBuffer<Triangle> _Triangles;

[numthreads(numThreads, numThreads, numThreads)]
void March(uint3 id : SV_DispatchThreadID)
{
    // 在GPU端在Buffer尾部添加新元素
	_Triangles.Append(tri);
}

构建Marching Cubes

构建一个立方体Grids
生成SDF
根据SDF获得CubeIndex
使用CubeIndex从LUT中读取边的数组
从相邻三个边插值出三角形三个点的顶点坐标

这里生成的vertex buffer数量和index buffer相同，是全展的，存在性能浪费

int edges[] = triTable[cubeIndex];

for (int i = 0; edges[i] != -1; i += 3)
{
    // First edge lies between vertex e00 and vertex e01
    int e00 = edgeConnections[edges[i]][0];
    int e01 = edgeConnections[edges[i]][1];

    // Second edge lies between vertex e10 and vertex e11
    int e10 = edgeConnections[edges[i + 1]][0];
    int e11 = edgeConnections[edges[i + 1]][1];

    // Third edge lies between vertex e20 and vertex e21
    int e20 = edgeConnections[edges[i + 2]][0];
    int e21 = edgeConnections[edges[i + 2]][1];
    Triangle tri;
    tri.a = interp(cornerOffsets[e00], cubeValues[e00], cornerOffsets[e01], cubeValues[e01]) + id;
    tri.b = interp(cornerOffsets[e10], cubeValues[e10], cornerOffsets[e11], cubeValues[e11]) + id;
    tri.c = interp(cornerOffsets[e20], cubeValues[e20], cornerOffsets[e21], cubeValues[e21]) + id;
    _Triangles.Append(tri);
}

参考

Marching Cubes