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@ELIXIR(misawa)

星を表示する（５）　星を点群メッシュで表示する

Last updated at Posted at 2018-02-25

星を点メッシュで表示してみます。

まずは前回のソースコードに点群メッシュに必要なものを追加しました。

ParticleSetTest.cs
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.IO;
using System.Linq;
using UnityEngine;

namespace ParticleTest{
    public class ParticleSetTest : MonoBehaviour
    {
        // データ型の定義
        public struct HipData
        {
            public int hipId;
            public Vector3 pos;
            public Color color;
            public float magnitude; // 等級
            public float parallax; // 視差
            public HipData(int _id, Vector3 _pos, Color _color, float _magnitude, float _parallax)
            {
                hipId = _id;
                pos = _pos;
                color = _color;
                magnitude = _magnitude;
                parallax = _parallax;
            }
            public HipData(HipData _data)
            {
                hipId = _data.hipId;
                pos = _data.pos;
                color = _data.color;
                magnitude = _data.magnitude;
                parallax = _data.parallax;
            }
        }

        // 星座線データ型の定義
        public struct HipLine
        {
            public string constellationNameShort;
            public HipData sttData;
            public HipData endData;
            public HipLine(string _name, HipData _sttData, HipData _endData)
            {
                constellationNameShort = _name;
                sttData = _sttData;
                endData = _endData;
            }
        }

        // 読み込むデータ
        [SerializeField] TextAsset lightFile = null;
        [SerializeField] TextAsset lineFile = null;
        [SerializeField] Material pointCloudMaterial = null;
        // 読み込んだデータを格納するリスト
        public List<HipData> hipList;
        public List<HipLine> hipLineList;
        // 星の距離(一律とする)
        public float distance=100f;

        // Use this for initialization
        void Start()
        {
            hipList = createHipList(lightFile);
            hipLineList = createHipLineList(lineFile, hipList);
            if(hipList!=null){
//                SetEfcStars(hipList, transform, distance);
                SetMeshStars(hipList, transform, pointCloudMaterial, distance);
            }
        }

        // Update is called once per frame
        void Update()
        {
        }

        // ファイルからデータを読み込みデータリストに格納する
        List<HipData> createHipList(TextAsset _lightsFile)
        {
            List<HipData> list = new List<HipData>();
            StringReader sr = new StringReader(_lightsFile.text);
            while (sr.Peek() > -1)
            {
                string lineStr = sr.ReadLine();
                HipData data;
                if (stringToHipData(lineStr, out data))
                {
                    list.Add(data);
                }
            }
            sr.Close();
            return list;
        }

        // レンダリング終了後にラインを描画
        public void OnRenderObject()
        {
            if (!lineMaterial)
            {
                lineMaterial = CreateLineMaterial();
            }
            RenderLines(hipLineList, lineMaterial, transform, distance);
        }

        // ファイルからデータを読み込みLineデータリストに格納する
        List<HipLine> createHipLineList(TextAsset _linesFile, List<HipData> _hipList)
        {
            List<HipLine> list = new List<HipLine>();
            StringReader sr = new StringReader(_linesFile.text);
            while (sr.Peek() > -1)
            {
                string lineStr = sr.ReadLine();
                HipLine data;
                if (stringToHipLine(lineStr, _hipList, out data))
                {
                    list.Add(data);
                }
            }
            sr.Close();
            return list;
        }

        // CSV文字列からデータ型に変換
        bool stringToHipData(string _hipStr, out HipData data)
        {
            bool ret = true;
            data = new HipData();
            // カンマ区切りのデータを文字列の配列に変換
            string[] dataArr = _hipStr.Split(',');
            try
            {
                // 文字列をint,floatに変換する
                int hipId = int.Parse(dataArr[0]);
                float hlH = float.Parse(dataArr[1]);
                float hlM = float.Parse(dataArr[2]);
                float hlS = float.Parse(dataArr[3]);
                int hsSgn = int.Parse(dataArr[4]);
                float hsH = float.Parse(dataArr[5]);
                float hsM = float.Parse(dataArr[6]);
                float hsS = float.Parse(dataArr[7]);
                float mag = float.Parse(dataArr[8]);
                Color col = Color.gray;
                float hDeg = (360f / 24f) * (hlH + hlM / 60f + hlS / 3600f);
                float sDeg = (hsH + hsM / 60f + hsS / 3600f) * (hsSgn == 0 ? -1f : 1f);
                Quaternion rotL = Quaternion.AngleAxis(hDeg, Vector3.up);
                Quaternion rotS = Quaternion.AngleAxis(sDeg, Vector3.right);
                Vector3 pos = rotL * rotS * Vector3.forward;
                float parallax = 0f;
                if (dataArr.Length > 9)
                { // parallax
                    float.TryParse(dataArr[9], out parallax);
                }
                data = new HipData(hipId, pos, Color.white, mag, parallax);
            }
            catch
            {
                ret = false;
                Debug.Log("data err");
            }
            return ret;
        }

        // CSV文字列からLineデータ型に変換
        bool stringToHipLine(string _hipLineStr, List<HipData> _hipList, out HipLine data)
        {
            bool ret = true;
            data = new HipLine();
            string[] dataArr = _hipLineStr.Split(',');
            string shortName = dataArr[0];
            try
            {
                int sttId = int.Parse(dataArr[1]);
                int endId = int.Parse(dataArr[2]);
                HipData sttData = _hipList.First(d => (d.hipId == sttId));
                HipData endData = _hipList.First(d => (d.hipId == endId));
                data = new HipLine(shortName, sttData, endData);
            }
            catch
            {
                ret = false;
                Debug.Log("linedataerr:" + shortName);
            }
            return ret;
        }

        // パーティクルで星を表示する
        static public void SetEfcStars(List<HipData> _hipList, Transform _paricleTr, float _distance)
        {
            ParticleSystem _ps = _paricleTr.GetComponent<ParticleSystem>();
            if (_ps != null)
            {
                ParticleSystem.MainModule pmm = _ps.main;
                _ps.Clear();
                pmm.maxParticles = 200000;
                pmm.playOnAwake = false;
                pmm.startSize = 1f;
                pmm.simulationSpace = ParticleSystemSimulationSpace.Local;
                pmm.scalingMode = ParticleSystemScalingMode.Hierarchy;
                _ps.Emit(_hipList.Count);
                ParticleSystem.Particle[] stars = new ParticleSystem.Particle[_hipList.Count];
                _ps.GetParticles(stars);
                for (int i = 0; i < _hipList.Count; ++i)
                {
                    stars[i].position = _hipList[i].pos * _distance;
                    stars[i].startSize = 10f/_hipList[i].magnitude;
                }
                _ps.Play();
                _ps.SetParticles(stars, _hipList.Count);
                _ps.Pause();
            }
        }

        static Material lineMaterial;
        static public Material CreateLineMaterial()
        {
            // Unity has a built-in shader that is useful for drawing
            // simple colored things.
            Shader shader = Shader.Find("Hidden/Internal-Colored");
            Material mat = new Material(shader);
            mat.hideFlags = HideFlags.HideAndDontSave;
            // Turn on alpha blending
            mat.SetInt("_SrcBlend", (int)UnityEngine.Rendering.BlendMode.SrcAlpha);
            mat.SetInt("_DstBlend", (int)UnityEngine.Rendering.BlendMode.OneMinusSrcAlpha);
            // Turn backface culling off
            mat.SetInt("_Cull", (int)UnityEngine.Rendering.CullMode.Off);
            // Turn off depth writes
            mat.SetInt("_ZWrite", 0);
            return mat;
        }

        // ラインを描画する
        static public void RenderLines(List<HipLine> _lineList, Material _mat, Transform _transform, float _distance)
        {
            // Apply the line material
            _mat.SetPass(0);

            // Matrixを退避
            GL.PushMatrix();
            if (_transform != null)
            { // 自分基準で描画する
                GL.MultMatrix(_transform.localToWorldMatrix);
            }
            // ラインを描画
            GL.Begin(GL.LINES);
            for (int i = 0; i < _lineList.Count; ++i)
            {
                GL.Color(Color.blue);
                Vector3 sttPos = _lineList[i].sttData.pos * _distance;
                Vector3 endPos = _lineList[i].endData.pos * _distance;
                GL.Vertex3(sttPos.x, sttPos.y, sttPos.z);
                GL.Vertex3(endPos.x, endPos.y, endPos.z);
            }
            GL.End();
            // Matrixを復帰
            GL.PopMatrix();
        }

        static public void SetMeshStars(List<HipData> _hipList, Transform _meshTr, Material _meshMat, float _distance)
        {
            if (_meshTr != null)
            {
                List<Vector3> vtcs = new List<Vector3>();
                List<Color> cols = new List<Color>();
                for (int i = 0; i < _hipList.Count; ++i)
                {
                    Vector3 pos = _hipList[i].pos * _distance;
                    Color col = _hipList[i].color; // 色補正
                    col.r *= 4f;
                    col.g *= 2f;
                    col.b *= 3f;
                    vtcs.Add(pos);
                    cols.Add(col);
                    if ((vtcs.Count > 65533) || (i == _hipList.Count - 1))
                    {
                        GameObject meshObj = new GameObject("starMesh", new[] { typeof(MeshFilter), typeof(MeshRenderer) });
                        meshObj.transform.SetParent(_meshTr);
                        meshObj.transform.localPosition = Vector3.zero;
                        meshObj.transform.localRotation = Quaternion.identity;
                        meshObj.transform.localScale = Vector3.one;
                        meshObj.GetComponent<MeshRenderer>().material = _meshMat;
                        MeshFilter mf = meshObj.GetComponent<MeshFilter>();
                        Mesh mesh = CreatePointCloud(vtcs.ToArray(), cols.ToArray());
                        mf.mesh = mesh;
                        vtcs.Clear();
                        cols.Clear();
                    }
                }
            }
        }

        public static Mesh CreatePointCloud(Vector3[] _vertices, Color[] _cvtxCols)
        {
            int vertNum = _vertices.Length;
            int[] incides = new int[vertNum];
            Vector2[] uv = new Vector2[vertNum];
            Color[] colors = new Color[vertNum];
            Vector3[] normals = new Vector3[vertNum];

            for (int ii = 0; ii < _vertices.Length; ++ii)
            {
                incides[ii] = ii;
                uv[ii] = new Vector2(_vertices[ii].x + 0.5f, _vertices[ii].y + 0.5f);
                colors[ii] = _cvtxCols[(_cvtxCols.Length > ii) ? ii : 0];
                normals[ii] = _vertices[ii].normalized;
            }
            Mesh mesh = new Mesh();
            mesh.vertices = _vertices;
            mesh.uv = uv;
            mesh.colors = colors;
            mesh.normals = normals;
            //            mesh.RecalculateNormals();
            mesh.RecalculateBounds();
            mesh.SetIndices(incides, MeshTopology.Points, 0);
            return mesh;
        }
    }
}

まずは星を点群メッシュに変換する部分を作りました。

CreatePointCloud(Vector3[] _vertices, Color[] _cvtxCols)

表示してみたところ、点がとても小さく表示されていてほとんど見えませんでした。
そこで、点のサイズを調節できるシェーダーを用意しました。

PointCloud.shader
Shader "Particles/PointCloud" {
        Properties
        {
            _Color ("MainColor", Color) = (1,1,1,1)
            _Size ("Point Size", Range(1,10)) = 1
        }
     SubShader {
         Tags { "RenderType"="Transparent" "Queue"="Transparent" }
         LOD 200
         ZWrite OFF
         ZTest LEqual
         Cull Off
         Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha

     Pass {
         CGPROGRAM
         #pragma vertex vert
         #pragma fragment frag
         #include "UnityCG.cginc"

         half4 _Color;
         half _Size;

         struct appdata {
             float4 v : POSITION;
             float4 color: COLOR;
         };

         struct v2f {
             float4 pos : SV_POSITION;
             float4 col : COLOR;
             float size : PSIZE;
         };

         v2f vert(appdata v) {
             v2f o;
             o.pos = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.v);
             o.col = v.color*_Color;
             o.size = _Size;
             return o;
         }

         float4 frag(v2f o) : COLOR {
             return o.col;
         }

         ENDCG
         } 
     }

 }

こちらのシェーダーを適用したマテリアルで点メッシュを表示することで点の大きさを調節できます。

ただ、点の数が多い場合、65535を超えた部分はメッシュが表示されません。

スクリーンショット 2018-02-26 0.18.10.png

そこで、メッシュサイズが最大を超えたら別オブジェクトを生成するようにしています。

SetMeshStars(List<HipData> _hipList, Transform _meshTr, Material _meshMat, float _distance)

これで１８万以上ある星を表示することができました。

スクリーンショット 2018-02-26 0.49.58.png

前回作成したデータを使用すると、星の色や距離を含めたメッシュを作成することが可能です。

スクリーンショット 2018-02-26 0.52.18.png

星を表示する（１）　CSVデータを読み込む
星を表示する（２）　星をパーティクルで表示する
星を表示する（３）　星座線を表示する
星を表示する（４）　データを変換する
星を表示する（５）　星を点群メッシュで表示する

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