源码分析学习记录(12)——自动UV展开

2021SC@SDUSC

UV 展开

参数曲面的参数域变量一般用UV字母来表达，比如参数曲面F(u,v)。所以一般叫的三维曲面本质上是二维的，它所嵌入的空间是三维的。凡是能通过F(u,v)来表达的曲面都是参数曲面，比如NURBS曲面。对于三角网格，如果能把它与参数平面建立一一映射，那么它也就被参数化了，这个映射就是UV展开。如下图所示，左图是右边网格在参数平面上的展开，这样每个顶点都有了一个uv参数值，这也被称为纹理坐标。

创建割缝

网格UV展开到平面的时候，如果没有割缝产生，那么每个顶点在其相邻三角形内的纹理坐标都是一样的，故可简称为顶点的纹理坐标。如果有割缝产生，割缝处的顶点在不同三角形内的纹理坐标是不一样的。这时，顶点和纹理坐标是一对多的关系。对于任意拓扑结构的网格，需要给它添加割缝，把它分割成一片一片的圆盘结构，再做展开。

UV展开的应用里，经常需要创建一些网格割缝。好的割缝，一般有这些性质：

• 长度很短
• 割线光滑
• 沿特征边
• 分布在视觉不明显的地方
• 在全自动UV展开应用里，割缝首先要能把网格割成一片一片的圆盘结构

UV展开的扭曲情况

网格展开到平面区域，除了可展曲面，其它曲面在展开后都会产生一些扭曲。一般有两种扭曲。一种是曲面本身的几何所决定的，比如球面展开到平面，一定会产生扭曲。想要减少展开的扭曲程度，可以在扭曲程度大的地方增加曲面割线。另一种是展开算法中的约束产生的扭曲，比如固定边界的UV展开。一种直观的观察展开扭曲程度的方式是，把一张棋盘格图片贴到网格上，棋盘格越均匀，UV展开扭曲越小。

UvUnwrap

任意拓扑网格全自动UV展开大概有以下步骤：自动找纹理割缝，自动UV展开，如果展开扭曲大，会自动进行再分割展开，最后自动纹理坐标打包。

//任意拓扑网格全自动UV展开类
class UvUnwrapper
{
   
public:
    void setMesh(const Mesh &mesh);
    void setTexelSize(float texelSize);
    void unwrap();
    const std::vector<FaceTextureCoords> &getFaceUvs() const;
    const std::vector<Rect> &getChartRects() const;
    const std::vector<int> &getChartSourcePartitions() const;
    float getTextureSize() const;

private:
    void partition();
    void splitPartitionToIslands(const std::vector<size_t> &group, std::vector<std::vector<size_t>> &islands);
    void unwrapSingleIsland(const std::vector<size_t> &group, int sourcePartition, bool skipCheckHoles=false);
    void parametrizeSingleGroup(const std::vector<Vertex> &verticies,
        const std::vector<Face> &faces,
        std::map<size_t, size_t> &localToGlobalFacesMap,
        size_t faceNumToChart,
        int sourcePartition);
    bool fixHolesExceptTheLongestRing(const std::vector<Vertex> &verticies, std::vector<Face> &faces, size_t *remainingHoleNum=nullptr);
    void makeSeamAndCut(const std::vector<Vertex> &verticies,
        const std::vector<Face> &faces,
        std::map<size_t, size_t> &localToGlobalFacesMap,
        std::vector<size_t> &firstGroup, std::vector