【Unity】uGUI上でメッシュを動的に描画する

マイケル

みなさんこんばんは！
マイケルです！！

エレキベア

クマ〜〜〜〜

マイケル

さて、今回は Unityでスクリプトから動的にメッシュを作成する方法
について紹介していきます！

エレキベア

形を変えたりできるクマ？？
動的に作成するとどんなメリットがあるクマ？

マイケル

頂点単位で操作できるようになるから、
スクリプトからメッシュを自由に量産できるし、
ゲーム中に変形することもできる んだ！

エレキベア

自由自在にメッシュを操作できるなんて夢が広がるクマね

マイケル

それとペイント処理なんかにも使えるし、
透明部分が多い画像等は、必要な部分だけメッシュ描画することで
パーフォーマンスもよくなるみたいだよ。

マイケル

今回は簡単な図形の描画とアレンジを加えながら
メッシュ操作に慣れていこう！

エレキベア

やったるクマ〜〜〜

<br/>

三角形メッシュの描画
四角形メッシュの描画
アンチエイリアス処理
おわりに

三角形メッシュの描画

メッシュの描画

マイケル

まずは一番簡単な三角形メッシュの描画から！
以下のようなスクリプトを記述してCanvas内の適当なGameObjectにアタッチ しましょう！

using System;
using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;

/// <summary>
/// 三角形Mesh
/// </summary>
public class TriangleMesh : Graphic
{
    /// <summary>
    /// 頂点情報
    /// </summary>
    [Serializable]
    private struct VertexInfo
    {
        public Vector2 position; // 位置
        public Color32 color;    // カラー
    }
    [SerializeField] private VertexInfo[] vertexInfos = new VertexInfo[]
    {
        new VertexInfo
        {
            position = new Vector2(0.0f, 100.0f),
            color = Color.white
        },
        new VertexInfo
        {
            position = new Vector2(100.0f, -100.0f),
            color = Color.white
        },
        new VertexInfo
        {
            position = new Vector2(-100.0f, -100.0f),
            color = Color.white
        }
    };

    protected override void OnPopulateMesh(VertexHelper vh)
    {
        if (vertexInfos?.Length != 3)
        {
            Debug.LogError("TriangleMesh => 頂点が３つ設定されてないよ");
            return;
        }
        
        // 頂点情報をクリア
        vh.Clear();

        // 頂点座標を設定
        for (var i = 0; i < vertexInfos.Length; i++)
        {
            var v = new UIVertex
            {
                position = vertexInfos[i].position,
                color = vertexInfos[i].color
            };
            vh.AddVert(v);
        }

        // 三角形を描画
        vh.AddTriangle(0, 1, 2);
    }
}

マイケル

するとこのようにSceneViewに三角形が描画されることが確認できます！

マイケル

スクリプトでは Graphicクラスを継承して、OnPopulateMesh()関数をオーバーライドしています。
この関数の引数で渡される VertexHelperを操作することでメッシュを描画することができる というわけです！

マイケル

処理内容は非常に単純で、

・VertexHelper.AddVert() で３つの頂点座標を定義して
・VertexHelper.vh.AddTriangle() で描画するインデックス座標を指定する

という手順だけで描画することができます。

エレキベア

三角形だと分かりやすいクマね

マイケル

頂点座標やインデックス座標について知らない方は、
以前座標変換についての記事も書いているのでこちらもご覧ください・・・。

【C++】第三回 C++を使ったゲーム開発〜3Dゲーム開発基礎 OpenGLと座標変換編〜

マイケルみなさんこんにちは！まいけるです！エレキベアお久しぶりクマ〜〜〜マイケル今回は前回に引き続きC++で３Dゲームを作る予定でしたが・・・↑前回の記事マイケル３...

エレキベア

なつかしクマ〜〜〜

マイケル

またこの時、頂点ごとにカラーを設定することもできます。
下記はそれぞれ赤、青、緑を指定した例です。

エレキベア

これは綺麗クマね

頂点を動的に移動させる

マイケル

三角形は描画できましたが、このままではゲーム中に座標を変更しても反映されません。
反映させるタイミングはUpdate内で SetVerticesDirty()を呼び出すことで指定 することができます。


    private const float VertexUpdateDuration = 0.05f; // 頂点を更新する間隔
    private float _time = 0.0f;
    private void Update()
    {
        // 一定間隔で頂点情報を再更新する
        _time += Time.deltaTime;
        if (_time > VertexUpdateDuration)
        {
            _time = 0.0f;
            SetVerticesDirty();
        }
    }

↑一定間隔でダーティフラグを設定する

マイケル

Dirtyは汚い、古いという意味で、状態が古くなったことを伝える処理 になります。
これはダーティフラグというデザインパターンが使用されている例になりますね。

エレキベア

ダーティフラグはちまちま見たことあるクマ〜〜

マイケル

それでは更新されていることが分かるよう、各頂点の座標をランダムに動かしてみましょう！

        // 頂点座標を設定
        var totalPos = Vector2.zero;
        for (var i = 0; i < vertexInfos.Length; i++)
        {
            // ランダムにoffset値を設定する
            var randomOffset = new Vector2(Random.Range(-5.0f, 5.0f), Random.Range(-5.0f, 5.0f));
            var v = new UIVertex
            {
                position = vertexInfos[i].position + randomOffset,
                color = vertexInfos[i].color
            };
            vh.AddVert(v);

            totalPos += vertexInfos[i].position;
        }

↑乱数でランダムにoffsetを設定する

マイケル

するとこのようにうにゃうにゃ動くことが確認できました！

エレキベア

なんかかわいいクマ〜〜

マイケル

同じ容量で、頂点カラーも動的に変更できます。
下記は動的にグラデーションさせてみた例です！

エレキベア

さらに美しいクマ〜〜〜

四角形メッシュの描画

メッシュの描画

マイケル

慣れてきたところで四角形も描画してみましょう！
４つ頂点を指定するのはもちろんですが、三角ポリゴン単位での描画になる ことには注意です！

エレキベア

これもC++で開発した時はやってたクマね〜〜

マイケル

この場合は、(0,1,2)、(3,2,1)という２つのインデックス座標を定義することになります。
これを記述したスクリプトを見てみましょう！

using System;
using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;

/// <summary>
/// 四角形Mesh
/// </summary>
public class SquareMesh : Graphic
{
    /// <summary>
    /// 頂点情報
    /// </summary>
    [Serializable]
    private struct VertexInfo
    {
        public Vector2 position; // 位置
        public Color32 color;    // カラー
    }
    [SerializeField] private VertexInfo[] vertexInfos = new VertexInfo[]
    {
        new VertexInfo
        {
            position = new Vector2(-100.0f, 100.0f),
            color = Color.white
        },
        new VertexInfo
        {
            position = new Vector2(100.0f, 100.0f),
            color = Color.white
        },
        new VertexInfo
        {
            position = new Vector2(-100.0f, -100.0f),
            color = Color.white
        },
        new VertexInfo
        {
            position = new Vector2(100.0f, -100.0f),
            color = Color.white,
        }
    };

    protected override void OnPopulateMesh(VertexHelper vh)
    {
        if (vertexInfos?.Length != 4)
        {
            Debug.LogError("SquareMesh => 頂点が4つ設定されてないよ");
            return;
        }
        
        // 頂点情報をクリア
        vh.Clear();

        // 頂点座標を設定
        for (var i = 0; i < vertexInfos.Length; i++)
        {
            var v = new UIVertex
            {
                position = vertexInfos[i].position,
                color = vertexInfos[i].color
            };
            vh.AddVert(v);
        }

        // 四角形を描画
        vh.AddTriangle(0, 1, 2);
        vh.AddTriangle(3, 2, 1);
    }
    
    private const float VertexUpdateDuration = 0.05f;
    private float _time = 0.0f;
    private void Update()
    {
        _time += Time.deltaTime;
        if (_time > VertexUpdateDuration)
        {
            _time = 0.0f;
            SetVerticesDirty();
        }
    }
}

マイケル

このスクリプトをアタッチすると、無事描画することが確認できました！

エレキベア

やったクマ〜〜〜〜〜

Spriteの設定

マイケル

それでは次はこの四角形メッシュにSpriteを表示させてみましょう！
頂点４つのままでもいいですが、UnityのTextコンポーネントやImageコンポーネントは６つの頂点で定義されているみたいなので、合わせて６つの頂点を定義してみましょう。

エレキベア

なんでそれぞれ定義されてるクマ？

マイケル

これは恐らく同じ頂点座標でも法線、UV座標が異なることがあるからじゃないかな。
下記の記事であたった問題だね・・・。

【C++】第四回 C++を使ったゲーム開発〜3Dゲーム開発基礎 fbx読込とシェーダ編〜

マイケルみなさんこんにちは！マイケルです！エレキベアクマ〜〜〜〜マイケル今日も前回に引き続き、C++でのゲーム開発を進めていくよ！前回は３Dゲーム開発基礎編ということで、座標変換周りを解説してい...

エレキベア

懐かしいクマ・・・・

マイケル

スクリプトは下記の通り！
spriteの設定は、mainTextureをオーバーライドして設定し、頂点情報にはuv座標も渡してあげましょう！

using System;
using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;

/// <summary>
/// Sprite設定用Mesh
/// </summary>
public class SquareSpriteMesh : Graphic
{
    /// <summary>
    /// 頂点情報
    /// </summary>
    [Serializable]
    private struct VertexInfo
    {
        public Vector2 position; // 位置
        public Color32 color;    // カラー
        public Vector2 uv;       // uv座標
    }
    [SerializeField] private VertexInfo[] vertexInfos = new VertexInfo[]
    {
        new VertexInfo
        {
            position = new Vector2(-100.0f, 100.0f),
            color = Color.white,
            uv = new Vector2(0.0f, 1.0f)
        },
        new VertexInfo
        {
            position = new Vector2(100.0f, 100.0f),
            color = Color.white,
            uv = new Vector2(1.0f, 1.0f)
        },
        new VertexInfo
        {
            position = new Vector2(-100.0f, -100.0f),
            color = Color.white,
            uv = new Vector2(0.0f, 0.0f)
        },
        new VertexInfo
        {
            position = new Vector2(-100.0f, -100.0f),
            color = Color.white,
            uv = new Vector2(0.0f, 0.0f)
        },
        new VertexInfo
        {
            position = new Vector2(100.0f, 100.0f),
            color = Color.white,
            uv = new Vector2(1.0f, 1.0f)
        },
        new VertexInfo
        {
            position = new Vector2(100.0f, -100.0f),
            color = Color.white,
            uv = new Vector2(1.0f, 0.0f)
        },
    };
    [SerializeField] private Sprite sprite;
    
    // spriteが設定されていればmainTextureとして設定
    public override Texture mainTexture
    {
        get
        {
            if (sprite != null)
            {
                return sprite.texture;
            }
            return base.mainTexture;
        }
    }

    protected override void OnPopulateMesh(VertexHelper vh)
    {
        if (vertexInfos?.Length != 6)
        {
            Debug.LogError("SquareSpriteMesh => 頂点が6つ設定されてないよ");
            return;
        }
        
        // 頂点情報をクリア
        vh.Clear();

        // 頂点座標を設定
        for (var i = 0; i < vertexInfos.Length; i++)
        {
            var v = new UIVertex
            {
                position = vertexInfos[i].position,
                color = vertexInfos[i].color,
                uv0 = vertexInfos[i].uv
            };
            vh.AddVert(v);
        }
        
        // 四角形を描画
        vh.AddTriangle(0, 1, 2);
        vh.AddTriangle(3, 4, 5);
    }
    
    private const float VertexUpdateDuration = 0.05f; // 頂点を更新する間隔
    private float _time = 0.0f;
    private void Update()
    {
        // 一定間隔で頂点情報を再更新する
        _time += Time.deltaTime;
        if (_time > VertexUpdateDuration)
        {
            _time = 0.0f;
            SetVerticesDirty();
        }
    }
}

マイケル

すると下記のようにSpriteが描画されます！

エレキベア

（カニクマ・・・・。）

マイケル

ちなみにメッシュは変形可能だから、下記のように分割して表示することもできるよ！

エレキベア

（カニが引き裂かれたクマ・・・。）

アンチエイリアス処理

マイケル

ここからはおまけの内容になりますが、
簡易的なアンチエイリアス処理をかけてみましょう！

マイケル

描画されたメッシュを拡大すると、何もしないと下記のようにギザギザになっていることが分かります。

エレキベア

ピクセル感がすごいクマ

マイケル

これにアンチエイリアスをかけた場合は下記のようになります。
すこしぼやけた感じですね。

エレキベア

これはどうやるクマ？？

マイケル

下記は三角形の例だけど、頂点の外側にもう一つ、
頂点カラーを透明に設定した頂点を定義することで実現できるよ！

マイケル

この時アンチエイリアスのエリアは四角形になるため、三角形２つずつで辺を描くことには注意しよう！
下記のような処理をスクリプトに追加してあげると適用できます！

    [SerializeField] private bool isAntiAlias;            // アンチエイリアスを行うか？
    [SerializeField] private float antialiasWidth = 5.0f; // アンチエイリアスの幅

    protected override void OnPopulateMesh(VertexHelper vh)
    {

・・・略・・・
        
        // アンチエイリアス処理
        if (isAntiAlias)
        {
            // 外枠の頂点を追加
            var centerPos = totalPos / vertexInfos.Length;
            for (var i = 0; i < vertexInfos.Length; i++)
            {
                // 外枠の頂点位置を求める
                var vertPosition = vertexInfos[i].position + randomOffsets[i];
                var outPosition = antialiasWidth * (vertPosition - centerPos).normalized + vertPosition;
                
                // 頂点カラーの透明度を0に設定
                var outColor = vertexInfos[i].color;
                outColor.a = 0;
                
                var outerVertex = new UIVertex
                {
                    position = outPosition,
                    color = outColor
                };
                vh.AddVert(outerVertex);
            }
        
            // アンチエイリアス部分を描画
            var vi = vertexInfos.Length - 1;
            vh.AddTriangle(   0, vi+1, vi+2);
            vh.AddTriangle(vi+2,    1,    0);
            
            vh.AddTriangle(   1, vi+2, vi+3);
            vh.AddTriangle(vi+3,    2,    1);
            
            vh.AddTriangle(   2, vi+3, vi+1);
            vh.AddTriangle(vi+1,    0,    2);
        }
    }

マイケル

外側の頂点は、
中心座標から頂点座標の正規化ベクトル * アンチエイリアスをかける幅
で設定してみました！
ON、OFFすると下記のようにうまく適用できていることが分かります！