Unityを拡張しよう！#2: 表面分割アルゴリズムの実装（Part 1）

どうも、チョコです。あけましておめでとうございます。

さて、今年初の記事です。わーい。
（もともと去年に完成させたいものですが、バグが出てきてそのまま年越えましたorz）

さて、今回は”Catmull-Clark 表面分割をUnityで使いたい！”と思ったので作ってみました。はいストップ。Catmull-Clarkは何ぞや。説明します。
Catmull-Clark Subdivision Surfaceとは、とあるメッシュを分割し、比較的に滑らかな四角ポリゴンからできたメッシュにするアルゴリズムです。

ニホンゴデハナシテ。

見ていただいた方が早いので、↓の通りピラミッド、キューブとn角はてなメッシュを表面分割させました。

あらきれい。滑らかになってますね。
ちなみにBlenderではこのようにModifierを追加することで表面分割させられます。

Catmull-Clark出てきましたね。

では、これをUnityに入れたいと思います。ちょっとまて。なんで入れるのかな。Blenderではもうこの機能ついてるのに？？

答え：＞＞＞アニメーションのためです！ボーンを付けてアニメーションさせたところ、Modifierは全部~~消されてしまいます~~ボーンModifierの前に適用されます。じゃあそもそもボーンの後に表面分割する必要ある？って思ったあなたへ、下の図をご覧ください。

足ですね。曲がるところに頂点がないことを確認してください。
でもちょっと頂点数少ないので、表面分割しましょう。

円滑になりました。でも左の方はなんか不自然ですね。これは分割してからボーンを付けたせいですね。曲がるところに頂点が入ってしまいますので、これを２本のボーンだけでは数学的には右のような形にはできません。説明略。
右のほうを見ると頂点は全く同じで、ただボーンと分割の順番を逆にしただけできれいになります！！

疲れた。まだ本文に入っていない。まだちょっとありますので我慢してください。

では、このアルゴリズムをUnityに入れ（たいと思い）ます。Catmull-ClarkのWikipediaページをご覧いただくと、頂点の関係式は中学レベル以下ですね。記事書く必要ある？？って思うかもしれません。こんなの３秒で書いてやる！とか、思いましたか？私か思いました。orz

さて問題：よく読むと、このアルゴリズムはN角形に対応しています。そこでUnityは、なんと、三角形（時には四角形）しかできないのです！！！

それだけではありません。メッシュを分割させるために、ボーンに変形された頂点位置が欲しいが、これも、なんと、シェーダー側でしか手に入れられないのです！！！（実はBakeMesh()関数もありますが、indexなどがめちゃくちゃかつ遅いのでやめました。）

ち。面倒なことになってきましたね。そもそも面のデータが取れないのに、どうやって実装するんだ。

あれあれ、この前も記事書きましたよ？この記事#2ですから、#1はどういう内容かな。
それはなんと、Unityにimportされないデータを読み取れるエディタースクリプトでした！！！！！パチパチパチ。
リンク張っておきます。

（ここからが実装の本文になりますが、正直いちいち説明するのがめんどいので手順だけ紹介します。詳しく知りたい人はGithubページへ）

まず、１で作ったスクリプトをEditorで呼ぶことにしました。.netでBlenderのexeを見つけて、それにアセットを入れて、同じフォルダーにデータを出力させました。こんな感じです。（.blend）の隣のn++ファイルが出力ファイル。