Unity 布料模拟插件Magica Cloth
依赖包
Magica Cloth 使用 Job System 和 Burst compiler 加快布料模拟，所以需要先安装这两个依赖包
Burst 可以直接下载
在这里插入图片描述
Job System 得通过 URL 添加，输入com.unity.jobs，设置中也要开启Enable Pre-release Packages
另外为了看到模型的骨骼节点，还要下载Animation Rigging
组件
| 名称 | 图标 | 介绍 |
|---|---|---|
| MagicaPhysicsManager |  |
管理器，使用时会自动创建 |
| MagicaBoneCloth |  |
控制骨骼（Transform）进行布料模拟，带骨骼的衣服和头发都可以用 |
| MagicaBoneSpring |  |
控制骨骼（Transform）进行弹簧模拟，适合胸部抖动 |
| MagicaRenderDeformer |  |
渲染变形器，用于对模型的网格进行变形，当使用 MeshCloth / MeshSpring 时需要，性能消耗大 |
| MagicaVirtualDeformer |  |
虚拟变形器，通过结合多个渲染变形器进行顶点缩减，并重构为一个虚拟网格。使用MeshCloth / MeshSpring时需要，性能消耗大 |
| MagicaMeshCloth |  |
对网格顶点进行布料模拟，适用于无骨骼的模型，可以实现比Bone Cloth更加精细的控制，是控制裙装的理想选择，与虚拟变形器一起工作，性能消耗大 |
| MagicaMeshSpring |  |
对网格顶点进行弹簧模拟 |
| MagicaSphereCollider / MagicaCapsuleCollider / MagicaPlaneCollider |  |
球形，胶囊形，平面形碰撞器，防止穿模，球形和胶囊形主要用于人体，胶囊形消耗更大，平面形主要用于地面 |
| MagicaDirectionalWind / MagicaAreaWind |  |
全局的风，区域的风 |
Magica Cloth的物理引擎完全独立于Unity的物理学引擎，因此，它完全不干扰Unity的物理系统。
MagicaPhysicsManager
MagicaPhysicsManager这个prefab是插件中自带的，运行时使用插件相关的组件后就会自动创建
| Update Per Second | 物理引擎每秒更新次数 |
|---|---|
| Update Mode | Unscaled Time - 刷新率不受 Unity 的 time scale 影响 |
| Update Mode | Once Per Frame - 每帧更新一次，当使用这种模式时，Update Per Second 需要根据游戏的帧率来调整。 |
| Update Mode | Delay Unscaled Time - 延迟执行，与 Unscaled Time 一样，但在渲染时也能进行布料模拟，能大幅提高性能，但结果会晚一帧，这个延迟是通过未来预测来插值的 |
| Update Location | 在 Late Update 之前或之后更新 |
| Faster Write | 使用 Unity 的新 Mesh API 更新网格顶点，提高网格更新速度，版本要大于 2021.2 |
| OnPreUpdate / OnPostUpdate | 在布料模拟之前或之后注册事件 |
MagicaBoneCloth 模拟头发，衣服飘动
MagicaBoneCloth 和 MagicaBoneSpring 都是通过改变骨骼节点Transform的位置和旋转来实现飘动效果
把模型拖入场景，点击模型，选择Bone Render Setup显示模型的骨骼，方便选择对应骨骼
这个模型后面有长发和两边的侧发，长发和侧发的参数设置不同，这里以长发演示
右键创建一个 Magica Bone Cloth，并改名为长发
这里有错误提示是因为还没有生成数据，将长发的根节点添加到Root List，点击Start Point Selection进入节点编辑模式
红色表示固定节点（Fixed Point），它不会移动，但是会旋转，一般就是根节点，每个可移动的骨骼链上，第一个节点必须是固定节点。
绿色表示活动节点（Move Point），受物理系统影响
还有一种灰色节点表示无效节点（Invalid Point），不参与物理运算
如果需要修改节点类型，先选择节点类型，按住左键在场景中拖动即可改变节点颜色
调整完后， 点击 End Point Selection 结束编辑
下面就是物理模拟相关的参数，这里提供了一些预设，点击Preset选择长发类型的预设，会自动修改适合长发的参数
头发相关的预设：前发（FrontHair），长发（LongHair），脸两侧头发（SideHair），马尾（PonyHair），短发（ShortHair）
衣服相关的预设：柔软的裙子（SoftSkirt），硬裙（HardSkirt），长开衩连衣裙（LongSlitDress）
尾巴或身上飘动的装饰物：Tail
最后点击Create生成数据
上面的错误提示消失，显示了一些参数。现在运行时拖动角色，长发会有抖动的物理效果，但是会有穿模的情况，所以还需要处理下穿模的问题。
Magica Cloth提供了两种穿模的解决方法，表面穿模（Surface Penetration）和碰撞体穿模（Collider Penetration）。
如果衣服（头发）与身体上的骨骼有关联的话，衣服会随着身体动作跟着运动，如图腿动的时候，裙子也会跟着动，这种情况可以选择表面穿模，表现力更好。
如果衣服（头发）与身体上的骨骼没有关联，衣服（头发）完全由自己的骨骼控制，如图腿动的时候，裙子不会动，这种情况使用碰撞体穿模。
模型属于第二种情况，所以选择碰撞体穿模
正常情况下，应该在头部，躯干，四肢都加上球形（MagicaSphereCollider）或胶囊形碰撞体（MagicaCapsuleCollider），这里为了省事儿只在躯干上添加胶囊形碰撞体
为了长发和碰撞体进行碰撞检测，还需要把这个碰撞体添加到长发的ColliderList中，再次点击Create生成数据，运行查看效果
下面处理下裙子
模型前面的裙摆和后面的裙摆被处理成了几个独立的片，这里只处理下后摆，新建一个MagicaBoneCloth改名为后摆
将后摆的几个根节点添加到Root List，并修改连接模式（Connection Mode）为Mesh Sequential No Loop，表示这几个骨骼链形成一个不闭合的网格面，连接模式指定Root List中骨骼链的连接方式。
| Connection Mode | Line - 表示单条骨骼链从父级到子级是线性结构的，两条骨骼链是独立的 |
|---|---|
| Connection Mode | Mesh Automatic - 自动连接附近的骨骼节点创建一个网格结构并进行连接，它不受Transform的父-子关系的影响，不适合太复杂的结构 |
| Connection Mode | Mesh Sequential Loop - 按照在RootList中的顺序生成网格，并连接第一条和最后一条骨骼链 |
| Connection Mode | Mesh Sequential No Loop - 按照在RootList中的顺序生成网格，但不连接第一条和最后一条骨骼链 |
| Same Surface Angle | 只在连接模式为网格时有，表示生成网格法线的角度（0-90） |
连接模式选择Line，那么裙子上的每条骨骼链就分别单独进行碰撞检测，这样物体可能从两条骨骼链之间的缝隙穿过产生穿模
首尾相连的裙子选择Mesh Sequential Loop，生成闭合的网格面，这样碰撞检测更加精确
有的裙子不是闭合的就选择Mesh Sequential No Loop
在腿上创建碰撞体添加到Collider List，预设选择NormalSkirt，点击Create生成数据，运行查看效果
MagicaBoneSpring 模拟胸部抖动
与 MagicaBoneCloth 基本类似，Create Other -> Magica Cloth -> MagicaBoneSpring，右键先创建一个 MagicaBoneSpring 并改名为胸部
找到模型身上的胸部节点添加到 Root List
预设选择Breast，点击Create生成数据，运行时查看效果
MagicaMeshCloth 模拟裙子飘动
参考官方示例，使用Unity Chan模拟
首先，必须开启模型上的Read/Write选项，这是为了读取并修改模型身上的顶点，MagicaCloth不支持具有4个或更多顶点的多边形，所以Keep Quads必须关闭
在裙子，上衣，拉链这三个Mesh Renderer上都添加 MagicaRenderDeformer（渲染变形器），它能对网格进行变形，添加后会自动创建数据，如果上一步Read/Write选项没有开启，这里会报错
Create Other -> Magica Cloth -> MagicaVirtualDeformer，然后创建一个MagicaVirtualDeformer（虚拟变形器），把之前三个 MagicaRenderDeformer（渲染变形器）添加到Render Deformer List中，点击Create生成数据，如果这里报错，点击渲染变形器上的Create重新生成数据。MagicaVirtualDeformer的作用是将一个或多个MagicaRenderDeformer转换为一个虚拟网格，减少顶点，将高多边形网格转换为低多边形网格。这个虚拟网格只用于布料模拟，所以实际模型网格不会被减少。从Cloth Monitor中可以看到虚拟网格的顶点数和三角面数
Reduction Setting 调整下面的参数可以减少顶点数量，简化网格，修改后重新点击Create
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| Merge Vertex Distance | 在这个距离内合并顶点，忽略网格的连接性 |
| Merge Triangle Distance | 在这个距离内合并三角面，考虑网格的连接性 |
| Same Surface Angle | 如果两个连接的多边形小于此角度，则认为它们是相连的 |
| Use Skinning | 勾选会对所有顶点的骨骼权重进行重新赋值，取消勾选减少物理计算的负担 |
点击Open Cloth Monitor可以看到这个虚拟网格
Create Other -> Magica Cloth -> MagicaMeshCloth，然后创建一个MagicaMeshCloth并改名为衣服
这几个组件之间的关系
接下来的操作和MagicaBoneCloth差不多。添加虚拟变形器的引用，点击Start Point Selection修改顶点类型
这一步比较麻烦，它没有自动帮我们设置类型，需要手动设置，把裙子部分设置活动节点（Move Point），活动节点需要连接固定节点（Fixed Point）
在腿部添加两个胶囊形碰撞器并添加到Collider List中
预设选择Skirt，点击Create生成数据，运行时查看效果
MagicaMeshSpring 模拟胸部抖动
前面和MagicaMeshCloth差不多，先给胸部附近的Mesh Renderer添加MagicaRenderDeformer（渲染变形器）
Create Other -> Magica Cloth -> MagicaVirtualDeformer，创建一个MagicaVirtualDeformer，添加胸部附近的MagicaRenderDeformer，点击Create生成数据，可以调整参数适当简化网格
Create Other -> Magica Cloth -> MagicaMeshSpring，新建一个 MagicaMeshSpring 并改名为左胸
添加MagicaVirtualDeformer的引用，Center Transform 就是 MeshSpring 摆动的中心，选择左胸节点，如何没有合适的节点可以创建一个Transform节点，调整位置到中心，黄色箭头是摆动的前方向，差不多是z轴正向，所以Direction Axis选择Z
预设选择Breast，点击Create生成数据，右胸的处理一样
运行时发现摆幅比较大，还需要调整下Spring参数，参考下面参数说明
MagicaDirectionalWind / MagicaAreaWind
MagicaDirectionalWind 是控制全局的风
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| Main | 风量 |
| Turbulence | 风的湍流率，在0.0时，风总是从某一方向流动，在1.0时，风向会随机变化 |
| Frequency | 风向变化的速度，你可以改变湍流变化的速度 |
| Direction Angle X/Y | 绕X/Y轴旋转的角度 |
需要配合Unity的WindZone组件使用，修改MagicaDirectionalWind风量Main会同步修改Wind Zone的风量Main，可以将两者做成一个预制体在场景中使用
衣服，头发受到的风力通过External Force参数设置，参考下面的参数说明
MagicaAreaWind控制局部区域的风，可以设置方形或球形区域，用它可以实现爆炸时猛烈的气流效果
| 参数 | 描述 |
|---|---|
| Main | 风量 |
| Turbulence | 风的湍流率，在0.0时，风总是从某一方向流动，在1.0时，风向会随机变化 |
| Frequency | 风向变化的速度，你可以改变湍流变化的速度 |
| Shape Type | 方形或球形 |
| Direction Type | 球形时有效，One Direction - 风吹向某一个方向，Radial - 风从中心径向吹来 |
| Attenuation | 球形径向风时有效，风从中心到四周的衰减率 |
| Is Addition | 当处于多个风场叠加的区域时，勾选表示叠加这几个风的影响，不勾选会选择区域最小的风场 |
这是官方示例中演示的爆炸气流效果，在红球上添加了MagicaAreaWind，设置为球形径向风，调整风量到最大并勾选Is Addition，这样红球出现时就会伴随强烈的气流，这时再配合爆炸的特效就有不错的表现效果
参数说明
下面补充下其他其他参数的说明
Update Mode
指定模拟的更新时间
| 选项 | 描述 |
|---|---|
| Normal | 根据帧率更新 |
| Unity Physics | 基于 Unity 的物理更新，如果角色在 FixedUpdate 内移动，可以通过选择此项来抑制抖动 |
Culling
Culling是剔除相关的设置，当角色移出屏幕后如何影响物理系统的更新
首先需要将模型上的网格组件（Mesh Renderer或Skinned Mesh Renderer）添加到Cull Renderer List中，点击Auto Select即可自动添加，然后设置剔除模式
| Culling Mode | 描述 |
|---|---|
| OFF | 不剔除，始终进行模拟 |
| Reset | 离开屏幕，停止模拟，再次出现时，会重置模拟 |
| Pause | 离开屏幕，停止模拟，再次出现时，从停止的状态继续模拟 |
Animator和Animation上也有类似的剔除设置
| Culling Mode | 描述 |
|---|---|
| Always Animate | 不剔除，始终运行动画 |
| Cull Update Transforms | 离开屏幕，内部动画仍在运行，但不会更新Transform组件 |
| Cull Completely | 离开屏幕，停止模拟，再次出现时，从停止的状态继续模拟 |
| Culling Type | 描述 |
|---|---|
| Always Animate | 不剔除，始终运行动画 |
| Based On Renderers | 与Animator的Cull Update Transforms一样，离开屏幕，内部动画仍在运行，但不会更新Transform组件 |
建议动画的剔除和 MagicaBoneCloth 的剔除模式相匹配，确保物理模拟与动画更好地同步
下面是推荐的匹配模式
| Animator Culling Mode | MagicaCloth Culling mode | 描述 |
|---|---|---|
| Always Animate | OFF | 不剔除，始终进行模拟和动画 |
| Cull Update Transforms | Reset | 离开屏幕，停止模拟和动画，再次出现时，会重置模拟和动画 |
| Cull Completely | Pause | 离开屏幕，停止模拟和动画，再次出现时，从停止的状态继续运行 |
| Animation Culling Type | MagicaCloth Culling mode | 描述 |
|---|---|---|
| Always Animate | OFF | 不剔除，始终进行模拟和动画 |
| Based On Renderers | Reset | 离开屏幕，停止模拟和动画，再次出现时，会重置模拟和动画 |
Algorithm
Algorithm中老的算法已经不再维护，新的算法解决了老算法的一些问题，一般就默认Algorithm 2算法
Radius
每个由物理引擎控制的点都被称为粒子（particle），Radius就是控制这些粒子的大小，从骨骼链的根节点到末端节点的大小变化
点击Open Cloth Monitor，勾选Particle Position和Particle Radius，就可以看到长发上的粒子，根节点是黄色，子节点是白色，粒子的大小会影响碰撞检测的判断
Mass
Mass 就是控制粒子的重量，较重的粒子更难移动，基本上，如果开始点比较重，结束点比较轻，MagicaBoneCloth 的模拟会更稳定
Gravity
Gravity 设置重力加速度的大小和方向，设置重力让衣服下垂，不容易飘起了会显得更自然一点
External Force
External Force 设置外力（如风）的影响
| 名称 | 描述 |
|---|---|
| Depth Influence | 根据粒子在骨骼链上的深度指定受到外力的比率。1.0表示100%受外力影响，0.0表示完全不受外力影响 |
| Wind Influence | 风的影响率，1.0是100%受影响，0.0完全不受风的影响 |
| Wind Synchronization | 风的同步率，增加同步率，每个粒子将以同样的方式移动。降低同步率会使每个粒子更容易受到干扰 |
| Wind Random Scale | 风的随机率，增加随机性，也会增加运动的不规则性 |
Drag
Drag 设定粒子的空气阻力，阻力越大，粒子的惯性衰减越快
Max Velocity 粒子最大速度（m/s）
World Influence
World Influence 设置身体运动时，粒子受影响程度
| 名称 | 描述 |
|---|---|
| Influence Target | 检测运动的主体，如果不设置，就会选择该组件所附加的Transform |
| Max Move Speed | 粒子最大移动速度 |
| Movement Influence | 身体运动对粒子的影响程度 |
| Rotation Influence | 身体旋转对粒子的影响程度 |
| Reset After Teleport | 在一帧内大幅度移动或旋转称为Teleport，该选项设置是否在检测到Teleport时重置粒子的位置 |
| Teleport Mode | Reset - Teleport后重置一次模拟。Keep - Teleport后保持模拟状态 |
| Teleport Distance | 一帧内移动多远距离算一个Teleport |
| Teleport Rotation | 一帧内旋转多大角度算一个Teleport |
| Stabilization Time After Reset | 重置时执行稳定化处理的时间（秒） |
Distance Disable
Distance Disable 根据身体与指定对象（通常是摄像机）之间的距离，禁用/启用模拟
| 名称 | 描述 |
|---|---|
| Reference Object | 指定要测量距离的目标，如果没有指定，将选择主摄像机 |
| Distance | 指定关闭模拟的距离 |
| Fade Distance | 淡化距离，如果Distance是20，FadeDistance是5，则在15到20的距离之间进行淡入淡出效果 |
Clamp Distance
Clamp Distance 设置粒子离根节点的距离范围，作为参考距离，设置从根节点到粒子的直线距离为1.0，并将距离增加或减少的程度设置为百分比。举例来说，当Min Distance Ratio为0.7，Max Distance Ratio为1.1时，移动限制范围如下
末端粒子只能在图中两条红线之间的范围内移动
Velocity Influence 速度效应，将此设置为低值可以减少粒子因突然运动而移动的问题。然而，粒子的惯性也会丢失。
Clamp Position
Clamp Position 限制粒子从原点移动的距离，原点是粒子的原始位置
| 名称 | 描述 |
|---|---|
| Clamp Position Ratio X/Y/Z | 可以相对于原点X/Y/Z轴移动的百分比（1.0=100%） |
| Velocity Influence | 同上 |
Clamp Rotation
Clamp Rotation 限制相对于父节点的旋转角度，上图直线表示根节点（固定粒子）不能弯曲，尖端可以弯曲25度
Restore Distance
Restore Distance 恢复距离，缩放连接的粒子之间的距离，使它们保持在原来的距离，其作用是保持原始形状。
有以下三种粒子连接方式：
| 类型 | 描述 |
|---|---|
| Struct | 根据原始结构连接粒子，在Bone Cloth中，是由Transform的父子结构构建的，在Mesh Cloth中，是由Mesh多边形的连接信息构建的。必选的 |
| Bend | 从原始结构中连接更多的结构型粒子，可以使形状不容易坍塌。可选的 |
| Near | 忽略原始结构，仅连接那些靠近的粒子，这种连接可以保持形状的强度，但也使其不容易变形。可选的 |
| 参数名称 | 描述 |
|---|---|
| Struct Stiffness | Struct 连接强度，该值越高，恢复速度越快 |
| Bend Point | 是否使用Bend连接 |
| Bend Max Connection | 一个粒子的最大连接数，连接数越多，形状稳定性越强，但负荷也更大 |
| Bend Stiffness | Bend 连接强度，该值越高，恢复速度越快 |
| Near Point | 是否开启Near连接 |
| Near Max Connection | 一个粒子的最大连接数 |
| Near Max Depth | 进行Near连接的粒子最大深度，骨骼链上起点深度为0，终点深度为1 |
| Near Point Length | 要链接的粒子之间的距离 |
| Near Stiffness | Near连接强度，该值越高，恢复速度越快 |
| Velocity Influence | 同上 |
Restore Rotation
Restore Rotation 恢复旋转，当粒子产生旋转后恢复到相对于父节点的角度
| 参数名称 | 描述 |
|---|---|
| Restore Power | 恢复的强度 |
| Velocity Influence | 同上 |
Triangle Bend
Triangle Bend 三角形弯曲，当Connection Mode设置为Mesh相关的选项，或者使用Mesh Cloth时会显示该参数
两个连接三角形受外力变形后，两个三角形的角度恢复到其原始角度
| 参数名称 | 描述 |
|---|---|
| Bend Power | 恢复的强度，基本上设置为1.0就行，但具三角形数量比较少的时候，尝试降低该值 |
| Twist Correction | 会创建特殊的约束数据以防止扭曲问题，它会增加消耗，因此不建议使用它，除非有扭曲的问题 |
| Twist Recovery Power | 恢复扭曲的强度，如果值太高，形状可能会变得很硬 |
Collider Collision
Collider Collision 碰撞检测
| 参数名称 | 描述 |
|---|---|
| Dynamic Friction | 动态摩擦系数，与碰撞机接触的粒子很难移动，增加该值将增加摩擦力并减慢运动速度 |
| Static Friction | 静态摩擦系数，与碰撞器接触的粒子静止的强度，增加该值将导致粒子在碰撞器上立即停止 |
Penetration
Penetration 穿模
| 参数名称 | 描述 |
|---|---|
| Penetration Mode | 碰撞体穿模/表面穿模 |
| Max Connection Depth | 最大连接深度 |
| Penetration Axis | 粒子可以穿透哪个轴 |
| Connection Distance | 搜索粒子所连接的碰撞器时，最大搜索距离 |
| Penetration Distance | 粒子可以穿透的距离 |
| Moving Radius | 粒子可以移动的最大半径，粒子只能在这个半径的球体内移动 |
| Penetration Ignore Collider List | 要忽略的碰撞器列表 |
Rotation Interpolation
Rotation Interpolation 旋转插值
| 参数名称 | 描述 |
|---|---|
| Fixed Non-Rotation | 固定不旋转，当打开时，固定粒子（根节点）将完全不旋转 |
| Line Avarage Rotation | 根据连接线的平均角度调整粒子的旋转，将此功能打开会产生更平滑的结果 |
Spring
MagicaMeshSpring上调整弹簧的参数，指定弹簧运动的一个球形范围
| 参数名称 | 描述 |
|---|---|
| Spring Radius | 球形区域的半径 |
| Spring Radius Scale X/Y/Z | 三个轴影响的比例 |
| Spring Power | 弹簧力 |
| Spring Direction Atten | 弹簧力阻尼率取决于与球体前端的角度，左边是前面的方向，右边是后面的方向 |
| Spring Distance Atten | 弹簧力的衰减率取决于与球中心的距离，左边是球的中心，右边是球的外缘 |
| Spring Atten Intensity | 阻尼率的整体调整 |
Adjust Rotation
可以根据弹簧移动的距离为根节点添加旋转
| 参数名称 | 描述 |
|---|---|
| Adjust Mode | 指定检测运动的轴，通常是Direction Axis之外的两个轴 |
| Adjust Rotation Power | 旋转强度 |
性能优化建议
- Update Mode选择Delay Unscaled Time，实际的物理模拟会比画面慢一帧，为了解决这个问题，它通过上一帧和当前帧的物理模拟结果进行插值
- 尽量选择BoneCloth和BoneSpring进行模拟，如果裙子使用BoneCloth效果达不到预期就改成MeshCloth，但注意要简化网格
- Virtual Deformer组件上需要关注的是Use Skinning选项，如果勾选了Use Skinning，则需要对所有顶点的骨骼权重进行重新赋值，取消Use Skinning可以极大地减少物理计算的负担。它的限制在于当取消了Use Skinning选项后，网格只会受到影响程度最大的Virtual Deformer的影响，可能在一定程度上会影响最终的表现，但是如果对于一个网格的Render Deformer只在一个Virtual Deformer中使用的情况下则可以放心地取消该选项的勾选
参考
up主IGBeginner0116
官方文档
【博物纳新】Magica Cloth