移动端布料的模拟 -基于DynamicBone的实现-Toy模板网

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布料的现状：

衣服的长裙可以说是现代布料模拟的难点表现，一般的衣服会好一些（市场上有做的不太好的做法，就是为了衣服居然添加不少约束来限制人的运动）看了一下现在的基本上都是飘飘然的感觉是有，但是要能容忍一定程度的穿模，就比如天刀衣服也会穿模天刀穿模，毕竟在国内已经算很好的游戏了，做的布料效果还贼多。
衣服摆动实现方式有两种：模型骨骼动画，物理计算；骨骼动画就是通过Max或者Maya对衣服布料进行骨骼绑定，这种方式实现的布料不自然而且摆动样式固定。另一种实现方式是对布料进行蒙皮但是不绑定骨骼动作，只是作为物理计算的关键点。

布料的模拟：

1、基于动画的衣料模拟 — Animation bone
把衣服当身体一样进行动画处理，在衣服上设置joint和骨骼，并进行相应的插值处理。优点在于便宜和可控（移动端），缺点在于不够真实、和环境没有交互以及设计上受限

2、基于刚体的衣料模拟 — kinematic bone
像布娃娃系统一样设置一些骨骼joint，利用物理系统去进行计算处理。优点在于便宜和可交互，缺点在于质量不可控、动画师的工作量大、不鲁棒以及需要高质量物理系统参与3、基于mesh的衣料模拟简单讲就是获得物体的mesh，并对每一个顶点进行计算处理。而由于物理系统计算的昂贵，所以一般不会像渲染时一样对每个顶点计算，而是相对稀疏。（少几倍到十倍）

具体做法上细节如下（以人物身上的衣料为例（披风））：

首先，对每一个顶点要设置最大的移动半径。一般来说，对离人物越近的顶点，最大移动半径越小（比如脖子处基本不动），一方面更符合物理实际，另一方面可以减少穿模概率

在游戏开发者角度来说，需要设置衣料的物理属性。以UE4为例，有如下属性：

现在最常用的是处理弹簧算法的方法是：Position Based Dynamics（PBD），其简单思想是用拉格朗日力学替代传统力学那一套，放弃“约束 - 力 - 速度 - 位置”的逻辑而把所有的力学关系描述成一套约束，并直接解出最后的位置，而不关心速度。
移动端布料的模拟 -基于DynamicBone的实现

基于动态骨骼的布料模拟：

有三种对布料的仿真，一种是物理骨骼，一种是物理骨骼的布料，一种是最好效果的布料。对于移动端unity magica cloth 说是性能更优。

长裙说是现在都难的，一般的衣服会好一些，（市场上有做的不太好的做法，就是为了衣服居然添加不少约束来限制人的运动）看了一下现在的基本上都是飘飘然的感觉是有，但是要能容忍一定程度的穿模。
市面上特别是游戏移动端衣服大部分都是unity的几个插件比如DynamicBone，UnityChanModel包里面的【SpringBone】[2]，以及搭载了“JobSystem”与BurstCompile”的强大插件【MagicaCloth】，要想高效快速的实现动态骨骼的话，推荐基于MagicaCloth。动态骨骼，spring bone，dynamic bone以及magic cloth都支持，而且算法都几乎一样的，随便哪个效果都还行，但是magic cloth解决了其他两种动态骨骼不能解决的问题，那就是对于一束动态骨骼，它还可以进行横向约束。

DynamicBone参数含义：

DynamicBone的原理动态骨骼Dynamic Bone算法详解解释的很清楚我就不再重复~
然后我要整理与谈的是算法的优缺点及其参数的含义。
动态骨骼的基本属性四个属性的取值范围都是[0, 1]，

Damping 阻尼：阻止简谐运动的惯性运动，相当于弹簧的摩擦力。为0时简谐运动过程不会主动停止，为1时简谐运动过程不会发生；值越小，表现的越轻；值越大，越重。比如：头发稍重，布料稍轻。
Elasticity 弹性：决定回振移动强度，在简谐运动过程中作为额外的作用力将节点拉到还原位置，相当于弹簧的弹力。为0时系统形变不会主动还原，为1时形变不会发生；伸缩：值越小，越容易弹飞；值越大越像弹簧。比如：前摆弹性太小时，摆动幅度会摆到身后。弹性参数是最难把握的，需要配合阻尼参数一起调整效果。
Stiffness 刚性：限制最大振动幅度与方向，保证碰撞处理前节点不会跑到指定范围外，相当于弹簧的硬度。为0时不发挥作用，0到1时限制范围从2倍原始距离到0线性衰减；
值越小，越柔软；值越大越硬。目前使用的头发和布料都属于比较柔软的，参数设置到0.1基本上没有太大问题。
Inert 惯性：限制形变幅度，在每一帧的简谐运动迭代发生前，无条件随物体整体运动拉动节点，拉动距离为Inert * 整体运动距离；值越大，惯性越小。参数一般设置在0.5以上，避免动作幅度较大时，摆动过大。

除此之外还有其他常用的关键属性：

强制力：在DynamicBone节点上施加的额外力，方向是在全局坐标系中的，注意Force与Gravity不同，是无条件生效的，会一直把节点向指定方向拉动；
半径：指定DynamicBone每个节点与碰撞体发生碰撞的半径，注意节点互相之间不存在碰撞关系，注意这个半径是0碰撞依然会生效；
Freeze Axis 固定轴：值有{none,x,y,z}非None的情况下，所有节点在局部坐标系的对应的轴上在值不会发生变化；
Gravity 重力：在DynamicBone节点上施加的重力，方向是在全局坐标系中的，注意DynamicBone的重力比较特殊，只在节点运动发生时起效，会在节点运动时把节点向重力方向拉动；

DynamicBone碰撞

DynamicBone提供了简单的碰撞功能，允许使用者禁止进入或者离开某些特定的区域，组件提供了球型和胶囊体两种区域的碰撞体，允许使用者Outside或者Inside的区域。
碰撞功能的使用非常简单，只需要在骨骼可能会发生碰撞交互的Node上添加DynamicBoneCollider组件，并且设置以下属性即可。

方向：胶囊体在当前node局部坐标的方向，区域是球体的时候无效；
碰撞体中心：指定区域中心与node位置的偏移量；
碰撞体半径：碰撞半径区域内球形部分的半径；
区域高度：，这个值在小于2倍Radius时无效，会使区域变成球型，高于2倍Radius时生效，区域会变成胶囊体（可视化模型是两个球体）；
区域边界：Outside表示区域会作为碰撞盒与DynamicBone节点发生碰撞，阻止节点进入区域内，而Inside则会约束节点在区域内，阻止节点离开区域；
然后需要将DynamicBoneCollider对象添加至与其发生碰撞交互的DynamicBone组件的Colliders属性中。

DynamicBone限制与缺陷

由于DynamicBone完全不发生拉伸和压缩的特性，DynamicBone并不适合模拟凝胶、橡胶等各方向形变明显的物体，而更适合模拟头发、绳子等不容易拉伸但容易形变的物体，
衣物则要看衣物材质是否非常容易拉伸。
虽然有简单的碰撞机制，DynamicBone的各节点之间是不存在碰撞的（当然可以通过在各节点都设置碰撞体组件来实现，但因为开销会很高所以不建议！就比如衣服布料的自碰撞不建议使用），这意味着DynamicBone
模拟的物体在刚性为0的时候可能会发生自我穿插；
另外一方面DynamicBone所有计算都不考虑时间因素，所以同样弹簧参数不同更新频率参数下表现会非常不同，加大了调参难度。