Question

我是一名想要编写几何游戏的数学家。

我有几个网格的精确坐标和数学公式，我需要显示它们的单位法线。

每个网格我只需要一个纹理（彩色反光金属）。

我需要让用户移动棋子，即通过简单的数学公式改变网格的坐标。

所以我不需要导入3D文件，而是我可以计算所有内容。

想象一种魔方。计算立方体坐标，并由用户旋转立方体。我的程序在Mathematica中运行。

我现在非常困难，现在因为不眠之日，试图找到如何在SceneKit中显示计算网格 - 每个顶点和法线分别进行动画处理。

任何一个工作示例，例如，一个带有计算坐标的三角形（而不是股票提供的形状），由SceneKit以可动画的坐标显示，将非常感激。

我看起来更多，似乎网格中的各个点可能无法在SceneKit中移动。我喜欢SceneKit（与OpenGL不同）的功能，即可以在用户的手指下获取对象。可以在项目中将OpenGL和SceneKit混合在一起吗？

我可以从那里接管......

Answer 1

通常，单独设置顶点位置是一个棘手的问题。但是有很好的方法可以在SceneKit中实现它。

GPU真的希望在开始渲染帧之前将顶点数据全部上传到一个块中。这意味着如果你不断在CPU上计算新的顶点位置/法线/等，你就会遇到将每次所有数据传输到GPU的问题，即使只有部分数据发生了变化。

因为您已经在数学上描述了表面，所以您可以在GPU本身上完成这项工作。如果每个顶点位置是某个变量的函数，则可以在着色器中编写该函数，并找到一种方法来传递每个顶点的输入变量。

您可以考虑以下几个选项：

着色器修改器。从具有所需拓扑的虚拟几何体开始（顶点的数量以及它们如何作为多边形连接）。将输入变量作为额外纹理传递，并在着色器修改器代码中（对于几何入口点），查找纹理，执行功能，并使用结果设置顶点位置。
金属计算着色器。创建几何源backed by a Metal buffer，然后在渲染时，将根据您的函数将顶点数据写入该缓冲区的计算着色器排入队列。（链接上有部分内容的骨架代码。）

更新：从你的评论中听起来你可能处于更容易的位置。

如果您所拥有的几何图形由相对于自身静态并相互移动的碎片组成 - 就像魔方的立方体一样 - 在渲染时计算顶点是过度的。相反，您可以将几何体的静态部分上传到GPU一次，并使用变换将它们相对于彼此定位。

在SceneKit中执行此操作的方法是创建单独的节点，每个节点都有自己的（静态）几何体，然后设置节点变换（或位置/方向/比例）以相对于彼此移动节点。要一次移动多个节点，请使用节点层次结构 - 将其中几个节点作为另一个节点的子节点。如果某些人需要一起移动，而另一个子集需要稍后移动，则可以更改层次结构。

这是魔方概念的具体例子。首先，创建一些cubelets：

// convenience for creating solid color materials
func materialWithColor(color: NSColor) -> SCNMaterial {
    let mat = SCNMaterial()
    mat.diffuse.contents = color
    mat.specular.contents = NSColor.whiteColor()
    return mat
}

// create and arrange a 3x3x3 array of cubelets
var cubelets: [SCNNode] = []
for x in -1...1 {
    for y in -1...1 {
        for z in -1...1 {
            let box = SCNBox()
            box.chamferRadius = 0.1
            box.materials = [
                materialWithColor(NSColor.greenColor()),
                materialWithColor(NSColor.redColor()),
                materialWithColor(NSColor.blueColor()),
                materialWithColor(NSColor.orangeColor()),
                materialWithColor(NSColor.whiteColor()),
                materialWithColor(NSColor.yellowColor()),
            ]
            let node = SCNNode(geometry: box)
            node.position = SCNVector3(x: CGFloat(x), y: CGFloat(y), z: CGFloat(z))
            scene.rootNode.addChildNode(node)
            cubelets += [node]
        }
    }
}

接下来，做一个轮换的过程。这是一个特定的旋转，但您可以将其概括为一个函数，该函数对任何子集的子集进行任何转换：

// create a temporary node for the rotation
let rotateNode = SCNNode()
scene.rootNode.addChildNode(rotateNode)

// grab the set of cubelets whose position is along the right face of the puzzle,
// and add them to the rotation node
let rightCubelets = cubelets.filter { node in 
    return abs(node.position.x - 1) < 0.001 
}
rightCubelets.map { rotateNode.addChildNode($0) }

// animate a rotation
SCNTransaction.begin()
SCNTransaction.setAnimationDuration(2)
rotateNode.eulerAngles.x += CGFloat(M_PI_2)
SCNTransaction.setCompletionBlock {
    // after animating, remove the cubelets from the rotation node,
    // and re-add them to the parent node with their transforms altered
    rotateNode.enumerateChildNodesUsingBlock { cubelet, _ in
        cubelet.transform = cubelet.worldTransform
        cubelet.removeFromParentNode()
        scene.rootNode.addChildNode(cubelet)
    }
    rotateNode.removeFromParentNode()
}
SCNTransaction.commit()

魔术部分在动画后的清理中。 cubelets以场景的根节点的子节点开始，我们暂时将它们重新父节点到另一个节点，以便我们可以将它们一起转换。在将它们再次作为根节点的子节点返回后，我们将每个节点的transform设置为worldTransform，以便保持临时节点变换的效果。

然后，您可以重复此过程以捕获（新）一组世界空间位置中的任何节点集，并使用另一个临时节点来转换这些节点。

我不太清楚Rubik的立方体就像你的问题一样，但听起来你可以概括出类似这样的解决方案。

使用SceneKit进行swift数学可移动网格

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