Algorithmus zum Erzeugen von Kugeln?

Hat jemand einen Algorithmus zum Erzeugen einer Kugelprozedur mit einer laAnzahl von Breitengradlinien, einer loAnzahl von Längengradlinien und einem Radius von r? Ich brauche es, um mit Unity zu arbeiten, also müssen die Scheitelpunktpositionen definiert und dann die Dreiecke über Indizes definiert werden ( weitere Informationen ).

BEARBEITEN

Ich habe es geschafft, den Code in einer Einheit zum Laufen zu bringen. Aber ich glaube, ich hätte etwas falsch gemacht. Wenn ich das aufklappe detailLevel, füge ich einfach mehr Eckpunkte und Polygone hinzu, ohne sie zu verschieben. Hab ich was vergessen

BEARBEITEN 2

Ich habe versucht, das Netz entlang seiner Normalen zu skalieren. Das habe ich bekommen. Ich glaube, ich vermisse etwas. Soll ich nur bestimmte Normalen skalieren?

Um so etwas zu bekommen:

Erstellen Sie ein Ikosaeder (20-seitiger regelmäßiger Körper) und unterteilen Sie die Flächen, um eine Kugel zu erhalten (siehe Code unten).

Die Idee ist im Grunde:

• Erstellen Sie ein reguläres n-Hedron (ein Körper, bei dem jedes Gesicht dieselbe Größe hat). Ich benutze ein Ikosaeder, weil es der Körper mit der größten Anzahl von Flächen ist, wobei jede Fläche die gleiche Größe hat. (Dafür gibt es irgendwo einen Beweis. Wenn Sie wirklich neugierig sind, wenden Sie sich an Google.) Auf diese Weise erhalten Sie eine Kugel, in der fast jedes Gesicht die gleiche Größe hat, was die Texturierung ein wenig vereinfacht.

• Unterteilen Sie jedes Gesicht in vier gleich große Gesichter. Jedes Mal, wenn Sie dies tun, wird die Anzahl der Flächen im Modell vervierfacht.

  ///      i0
  ///     /  \
  ///    m02-m01
  ///   /  \ /  \
  /// i2---m12---i1
  

i0, i1Und i2sind die Eckpunkte des ursprünglichen Dreiecks. (Eigentlich Indizes in den Vertex-Puffer, aber das ist ein anderes Thema). m01ist der Mittelpunkt der Kante (i0,i1), m12 ist der Mittelpunkt der Kante (i1,12)und m02ist offensichtlich der Mittelpunkt der Kante (i0,i2).

Wenn Sie eine Fläche unterteilen, stellen Sie sicher, dass Sie keine doppelten Scheitelpunkte erstellen. Jeder Mittelpunkt wird von einer anderen Quellfläche geteilt (da die Kanten von Flächen geteilt werden). Der folgende Code berücksichtigt dies, indem er ein Wörterbuch mit benannten Mittelpunkten verwaltet, die erstellt wurden, und den Index eines zuvor erstellten Mittelpunkts zurückgibt, wenn er verfügbar ist, anstatt einen neuen zu erstellen.

• Wiederholen Sie diesen Vorgang, bis Sie die gewünschte Anzahl von Flächen für Ihren Würfel erreicht haben.

• Wenn Sie fertig sind, normalisieren Sie alle Scheitelpunkte, um die Oberfläche zu glätten. Wenn Sie dies nicht tun, erhalten Sie statt einer Kugel nur ein Ikosaeder mit höherer Auflösung.

• Voila! Sie sind fertig. Konvertieren Sie die resultierenden Vektor- und Indexpuffer in ein VertexBufferund IndexBufferund zeichnen Sie mit Device.DrawIndexedPrimitives().

Folgendes würden Sie in Ihrer "Sphere" -Klasse verwenden, um das Modell zu erstellen (XNA-Datentypen und C #, aber es sollte ziemlich klar sein):

        var vectors = new List<Vector3>();
        var indices = new List<int>();

        GeometryProvider.Icosahedron(vectors, indices);

        for (var i = 0; i < _detailLevel; i++)
            GeometryProvider.Subdivide(vectors, indices, true);

        /// normalize vectors to "inflate" the icosahedron into a sphere.
        for (var i = 0; i < vectors.Count; i++)
            vectors[i]=Vector3.Normalize(vectors[i]);

Und die GeometryProviderKlasse

public static class GeometryProvider
{

    private static int GetMidpointIndex(Dictionary<string, int> midpointIndices, List<Vector3> vertices, int i0, int i1)
    {

        var edgeKey = string.Format("{0}_{1}", Math.Min(i0, i1), Math.Max(i0, i1));

        var midpointIndex = -1;

        if (!midpointIndices.TryGetValue(edgeKey, out midpointIndex))
        {
            var v0 = vertices[i0];
            var v1 = vertices[i1];

            var midpoint = (v0 + v1) / 2f;

            if (vertices.Contains(midpoint))
                midpointIndex = vertices.IndexOf(midpoint);
            else
            {
                midpointIndex = vertices.Count;
                vertices.Add(midpoint);
                midpointIndices.Add(edgeKey, midpointIndex);
            }
        }


        return midpointIndex;

    }

    /// <remarks>
    ///      i0
    ///     /  \
    ///    m02-m01
    ///   /  \ /  \
    /// i2---m12---i1
    /// </remarks>
    /// <param name="vectors"></param>
    /// <param name="indices"></param>
    public static void Subdivide(List<Vector3> vectors, List<int> indices, bool removeSourceTriangles)
    {
        var midpointIndices = new Dictionary<string, int>();

        var newIndices = new List<int>(indices.Count * 4);

        if (!removeSourceTriangles)
            newIndices.AddRange(indices);

        for (var i = 0; i < indices.Count - 2; i += 3)
        {
            var i0 = indices[i];
            var i1 = indices[i + 1];
            var i2 = indices[i + 2];

            var m01 = GetMidpointIndex(midpointIndices, vectors, i0, i1);
            var m12 = GetMidpointIndex(midpointIndices, vectors, i1, i2);
            var m02 = GetMidpointIndex(midpointIndices, vectors, i2, i0);

            newIndices.AddRange(
                new[] {
                    i0,m01,m02
                    ,
                    i1,m12,m01
                    ,
                    i2,m02,m12
                    ,
                    m02,m01,m12
                }
                );

        }

        indices.Clear();
        indices.AddRange(newIndices);
    }

    /// <summary>
    /// create a regular icosahedron (20-sided polyhedron)
    /// </summary>
    /// <param name="primitiveType"></param>
    /// <param name="size"></param>
    /// <param name="vertices"></param>
    /// <param name="indices"></param>
    /// <remarks>
    /// You can create this programmatically instead of using the given vertex 
    /// and index list, but it's kind of a pain and rather pointless beyond a 
    /// learning exercise.
    /// </remarks>

    /// note: icosahedron definition may have come from the OpenGL red book. I don't recall where I found it. 
    public static void Icosahedron(List<Vector3> vertices, List<int> indices)
    {

        indices.AddRange(
            new int[]
            {
                0,4,1,
                0,9,4,
                9,5,4,
                4,5,8,
                4,8,1,
                8,10,1,
                8,3,10,
                5,3,8,
                5,2,3,
                2,7,3,
                7,10,3,
                7,6,10,
                7,11,6,
                11,0,6,
                0,1,6,
                6,1,10,
                9,0,11,
                9,11,2,
                9,2,5,
                7,2,11 
            }
            .Select(i => i + vertices.Count)
        );

        var X = 0.525731112119133606f;
        var Z = 0.850650808352039932f;

        vertices.AddRange(
            new[] 
            {
                new Vector3(-X, 0f, Z),
                new Vector3(X, 0f, Z),
                new Vector3(-X, 0f, -Z),
                new Vector3(X, 0f, -Z),
                new Vector3(0f, Z, X),
                new Vector3(0f, Z, -X),
                new Vector3(0f, -Z, X),
                new Vector3(0f, -Z, -X),
                new Vector3(Z, X, 0f),
                new Vector3(-Z, X, 0f),
                new Vector3(Z, -X, 0f),
                new Vector3(-Z, -X, 0f) 
            }
        );


    }



}

Betrachten wir die parametrische Definition einer Kugel:

wobei Theta und Phi zwei inkrementelle Winkel sind, die wir als var tund bezeichnen, var uund Rx, Ry und Rz die unabhängigen Radien (Radien) in allen drei kartesischen Richtungen sind, die im Fall einer Kugel als eine einzige definiert werden Radius var rad.

Betrachten wir nun die Tatsache, dass das ...Symbol eine Iteration anzeigt, die auf die Verwendung einer Schleife hindeutet. Das Konzept von stacksund rowslautet "Wie oft werden Sie iterieren". Da jede Iteration den Wert von t oder u addiert, ist die Krümmung der Kugel umso genauer, je mehr Iterationen vorhanden sind.

Die Voraussetzung der ‚Sphäre Zeichnung‘ Funktion ist es, die folgenden Parameter gegeben haben: int latitudes, int longitudes, float radius. Die Nachbedingung (Ausgabe) ist, die berechneten Eckpunkte zurückzugeben oder anzuwenden. Abhängig davon, wie Sie dies verwenden vector3möchten , kann die Funktion ein Array von (dreidimensionalen) Vektoren zurückgeben. Wenn Sie vor Version 2.0 eine Art einfaches OpenGL verwenden, möchten Sie die Scheitelpunkte möglicherweise direkt auf den Kontext anwenden.

NB Das Anwenden eines Scheitelpunkts in openGL ruft die folgende Funktion auf glVertex3f(x, y, z). In dem Fall, in dem wir die Eckpunkte speichern würden, würden wir vector3(x, y, z)zur einfachen Speicherung einen neuen hinzufügen .

Auch die Art und Weise, wie Sie das Längen- und Breitengradsystem zum Arbeiten aufgefordert haben, erforderte eine Anpassung der Definition der Kugel (im Grunde genommen Umschalten von z und y), aber dies zeigt nur, dass die Definition sehr formbar ist und dass Sie frei umschalten können x-, y- und z-Parameter, um die Richtung zu ändern, in die die Kugel gezeichnet wird (wo die Breiten- und Längengrade liegen).

Nun schauen wir uns an, wie wir die Breiten- und Längengrade machen werden. Die Breiten werden durch die Variable dargestellt u, sie iterieren von 0 bis 2π Radianten (360 Grad). Wir können seine Iteration daher wie folgt codieren:

float latitude_increment = 360.0f / latitudes;

for (float u = 0; u < 360.0f; u += latitude_increment) {
    // further code ...
}

Jetzt werden die Längengrade durch die Variable dargestellt tund für 0 bis π (180 Grad) iteriert. Daher sieht der folgende Code dem vorherigen ähnlich:

float latitude_increment = 360.0f / latitudes;
float longitude_increment = 180.0f / longitudes;

for (float u = 0; u <= 360.0f; u += latitude_increment) {
    for (float t = 0; t <= 180.0f; t += longitude_increment) {
        // further code ...
    }
}

(Beachten Sie, dass Schleifen die Endbedingung einschließen , da das Intervall für die parametrische Integration zwischen 0 und 2π liegt. Einschließlich . Sie erhalten eine Teilkugel, wenn Ihre Bedingungen nicht einschließen.)

Nach der einfachen Definition der Kugel können wir nun die Variablendefinition wie folgt ableiten (annehmen float rad = radius;):

float x = (float) (rad * Math.sin(Math.toRadians(t)) * Math.sin(Math.toRadians(u)));
float y = (float) (rad * Math.cos(Math.toRadians(t)));
float z = (float) (rad * Math.sin(Math.toRadians(t)) * Math.cos(Math.toRadians(u)));

Noch eine wichtige Warnung! In den meisten Fällen verwenden Sie OpenGL in irgendeiner Form, und selbst wenn dies nicht der Fall ist, müssen Sie dies möglicherweise noch tun. Für ein dreidimensionales Objekt müssen mehrere Eckpunkte definiert werden. Dies wird im Allgemeinen erreicht, indem der nächste berechenbare Scheitelpunkt bereitgestellt wird.

Wie in der Abbildung oben die verschiedenen Koordinaten sind x+∂und y+∂, können wir leicht drei weitere Eckpunkte für jede gewünschte Verwendung generieren. Die anderen Eckpunkte sind (angenommen float rad = radius;):

float x = (float) (rad * Math.sin(Math.toRadians(t + longitude_increment)) * Math.sin(Math.toRadians(u)));
float y = (float) (rad * Math.cos(Math.toRadians(t + longitude_increment)));
float z = (float) (rad * Math.sin(Math.toRadians(t + longitude_increment)) * Math.cos(Math.toRadians(u)));

float x = (float) (rad * Math.sin(Math.toRadians(t)) * Math.sin(Math.toRadians(u + latitude_increment)));
float y = (float) (rad * Math.cos(Math.toRadians(t)));
float z = (float) (rad * Math.sin(Math.toRadians(t)) * Math.cos(Math.toRadians(u + latitude_increment)));

float x = (float) (rad * Math.sin(Math.toRadians(t + longitude_increment)) * Math.sin(Math.toRadians(u + latitude_increment)));
float y = (float) (rad * Math.cos(Math.toRadians(t + longitude_increment)));
float z = (float) (rad * Math.sin(Math.toRadians(t + longitude_increment)) * Math.cos(Math.toRadians(u + latitude_increment)));

Schließlich ist hier eine funktionierende Vollfunktion, die alle Eckpunkte einer Kugel zurückgibt, und die zweite zeigt eine funktionierende OpenGL-Implementierung des Codes (dies ist eine C-Syntax und kein JavaScript, dies sollte mit allen C-Sprachen funktionieren, einschließlich C # bei Verwendung von Unity).

static Vector3[] generateSphere(float radius, int latitudes, int longitudes) {

    float latitude_increment = 360.0f / latitudes;
    float longitude_increment = 180.0f / longitudes;

    // if this causes an error, consider changing the size to [(latitude + 1)*(longitudes + 1)], but this should work.
    Vector3[] vertices = new Vector3[latitude*longitudes];

    int counter = 0;

    for (float u = 0; u < 360.0f; u += latitude_increment) {
        for (float t = 0; t < 180.0f; t += longitude_increment) {

            float rad = radius;

            float x = (float) (rad * Math.sin(Math.toRadians(t)) * Math.sin(Math.toRadians(u)));
            float y = (float) (rad * Math.cos(Math.toRadians(t)));
            float z = (float) (rad * Math.sin(Math.toRadians(t)) * Math.cos(Math.toRadians(u)));

            vertices[counter++] = new Vector3(x, y, z);

        }
    }

    return vertices;

}

OpenGL-Code:

static int createSphereBuffer(float radius, int latitudes, int longitudes) {

    int lst;

    lst = glGenLists(1);

    glNewList(lst, GL_COMPILE);
    {

        float latitude_increment = 360.0f / latitudes;
        float longitude_increment = 180.0f / longitudes;

        for (float u = 0; u < 360.0f; u += latitude_increment) {

            glBegin(GL_TRIANGLE_STRIP);

            for (float t = 0; t < 180.0f; t += longitude_increment) {

                float rad = radius;

                float x = (float) (rad * Math.sin(Math.toRadians(t)) * Math.sin(Math.toRadians(u)));
                float y = (float) (rad * Math.cos(Math.toRadians(t)));
                float z = (float) (rad * Math.sin(Math.toRadians(t)) * Math.cos(Math.toRadians(u)));

                vertex3f(x, y, z);

                float x1 = (float) (rad * Math.sin(Math.toRadians(t + longitude_increment)) * Math.sin(Math.toRadians(u + latitude_increment)));
                float y1 = (float) (rad * Math.cos(Math.toRadians(t + longitude_increment)));
                float z1 = (float) (rad * Math.sin(Math.toRadians(t + longitude_increment)) * Math.cos(Math.toRadians(u + latitude_increment)));

                vertex3f(x1, y1, z1);

            }

            glEnd();

        }

    }
    glEndList()

    return lst;

}

// to render VVVVVVVVV

// external variable in main file
static int sphereList = createSphereBuffer(desired parameters)

// called by the main program
void render() {

    glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);

    glCallList(sphereList);

    // any additional rendering and buffer swapping if not handled already.

}

PS Möglicherweise haben Sie diese Aussage bemerkt rad = radius;. Auf diese Weise kann der Radius in der Schleife basierend auf der Position oder dem Winkel geändert werden. Dies bedeutet, dass Sie die Kugel rauschen können, um sie aufzurauen, sodass sie natürlicher aussieht, wenn der gewünschte Effekt einem Planeten ähnelt. Z.Bfloat rad = radius * noise[x][y][z];

Claude-Henry.

Ich habe so etwas vor einiger Zeit geschaffen, um aus Spaß und Wissenschaft eine Kugel aus Würfeln zu machen. Es ist nicht zu schwer. Im Grunde genommen nehmen Sie eine Funktion, die einen Kreis von Eckpunkten erzeugt, und gehen dann die Höheninkremente durch, bei denen Sie Kreise in jeder Höhe mit dem Radius erzeugen möchten, der zum Erzeugen einer Kugel erforderlich ist. Hier habe ich den Code geändert, damit er nicht für Cubes gilt:

public static void makeSphere(float sphereRadius, Vector3f center, float heightStep, float degreeStep) {
    for (float y = center.y - sphereRadius; y <= center.y + sphereRadius; y+=heightStep) {
        double radius = SphereRadiusAtHeight(sphereRadius, y - center.y); //get the radius of the sphere at this height
        if (radius == 0) {//for the top and bottom points of the sphere add a single point
            addNewPoint((Math.sin(0) * radius) + center.x, y, (Math.cos(0) * radius) + center.z));
        } else { //otherwise step around the circle and add points at the specified degrees
            for (float d = 0; d <= 360; d += degreeStep) {
                addNewPoint((Math.sin(d) * radius) + center.x, y, (Math.cos(d) * radius) + center.z));
            }
        }
    }
}

public static double SphereRadiusAtHeight(double SphereRadius, double Height) {
    return Math.sqrt((SphereRadius * SphereRadius) - (Height * Height));
}

Jetzt würde dieser Code nur noch Punkte für den Breitengrad erzeugen. Sie können jedoch fast den gleichen Code verwenden, um die Längengradlinien zu erstellen. Es sei denn, Sie müssen zwischen den einzelnen Iterationen rotieren und jeweils einen vollständigen Kreis bilden degreeStep.

Entschuldigung, dies ist keine vollständige Antwort oder Unity-spezifisch, aber hoffentlich können Sie damit anfangen.

Könnte man nicht einfach mit einer einfachen Form beginnen, könnte es sich um ein Kästchen mit einem Abstand von der Mitte zur Ecke handeln. Um eine detailliertere Kugel zu erstellen, unterteilen Sie alle Polygone und verschieben Sie die Scheitelpunkte in einen Abstand von der Mitte, sodass der Vektor ihre aktuelle Position durchläuft.

Wiederholen Sie den Vorgang, bis er kugelförmig genug für Ihren Geschmack ist.

Benötigen Sie tatsächlich die 3D-Geometrie oder nur die Form?

Sie können eine gefälschte Kugel mit einem einzigen Quad erstellen. Setzen Sie einfach einen Kreis darauf und schattieren Sie es richtig. Dies hat den Vorteil, dass es unabhängig von der Entfernung zur Kamera oder der Auflösung genau die erforderliche Auflösung hat.

Hier gibt es ein Tutorial .

Hier ist ein Code für eine beliebige Anzahl von gleich beabstandeten Eckpunkten einer Kugel, der wie eine Orangenschale eine Linie von Punkten in einer Spirale um eine Kugel windet. Danach liegt es an Ihnen, wie Sie die Scheitelpunkte verbinden. Sie können Nachbarpunkte in der Schleife als 2 jedes Dreiecks verwenden und dann feststellen, dass der dritte Punkt eine proportionale Verdrehung um die Kugel ist, die höher oder tiefer liegt Kennen Sie einen besseren Weg?

var spherevertices = vector3 generic list...

public var numvertices= 1234;
var size = .03;  

function sphere ( N:float){//<--- N is the number of vertices i.e 123

var inc =  Mathf.PI  * (3 - Mathf.Sqrt(5));
var off = 2 / N;
for (var k = 0; k < (N); k++)
{
    var y = k * off - 1 + (off / 2);
    var r = Mathf.Sqrt(1 - y*y);
    var phi = k * inc;
    var pos = Vector3((Mathf.Cos(phi)*r*size), y*size, Mathf.Sin(phi)*r*size); 

    spherevertices   add pos...

}

};

Obwohl David in seiner Antwort absolut richtig ist, möchte ich eine andere Perspektive anbieten.

Für meine Aufgabe zur prozeduralen Inhaltsgenerierung habe ich unter anderem Ikosaeder im Vergleich zu traditionelleren unterteilten Sphären betrachtet. Schauen Sie sich diese prozedural erzeugten Bereiche an:

Beide sehen aus wie vollkommen gültige Kugeln, oder? Schauen wir uns die Drahtgitter an:

Wow, was ist da passiert? Die Drahtmodellversion der zweiten Kugel ist so dicht, dass sie texturiert aussieht! Ich werde Ihnen ein Geheimnis verraten: Die zweite Version ist ein Ikosaeder. Es ist eine fast perfekte Kugel, aber sie hat einen hohen Preis.

Kugel 1 verwendet 31 Unterteilungen auf der x-Achse und 31 Unterteilungen auf der z-Achse für insgesamt 3.844 Flächen.

Sphere 2 verwendet 5 rekursive Unterteilungen für insgesamt 109.220 Gesichter.

Aber okay, das ist nicht wirklich fair. Verringern wir die Qualität erheblich:

Kugel 1 verwendet 5 Unterteilungen auf der x-Achse und 5 Unterteilungen auf der z-Achse für insgesamt 100 Flächen.

Sphere 2 verwendet 0 rekursive Unterteilungen für insgesamt 100 Gesichter.

Sie verwenden die gleiche Anzahl von Gesichtern, aber meiner Meinung nach sieht die linke Kugel besser aus. Es sieht weniger klumpig und viel runder aus. Schauen wir uns an, wie viele Gesichter wir mit beiden Methoden erzeugen.

Ikosaeder:

• Level 0 - 100 Gesichter
• Level 1 - 420 Gesichter
• Level 2 - 1.700 Gesichter
• Level 3 - 6.820 Gesichter
• Level 4 - 27.300 Gesichter
• Level 5 - 109.220 Gesichter

Unterteilte Kugel:

• YZ: 5 - 100 Gesichter
• YZ: 10 - 400 Gesichter
• YZ: 15 - 900 Gesichter
• YZ: 20 - 1.600 Gesichter
• YZ: 25 - 2.500 Gesichter
• YZ: 30 - 3.600 Gesichter

Wie Sie sehen können, nimmt der Ikosaeder in Gesichtern exponentiell zu, um eine dritte Potenz! Das liegt daran, dass wir sie für jedes Dreieck in drei neue Dreiecke unterteilen müssen.

Die Wahrheit ist: Sie müssen nicht brauchen die Präzision ein Ikosaeder wird dir geben. Weil beide ein viel schwierigeres Problem verstecken: die Texturierung einer 2D-Ebene auf einer 3D-Kugel. So sieht die Oberseite aus:

Oben links sehen Sie die verwendete Textur. Zufällig wird es auch prozedural generiert. (Hey, es war ein Kurs zur prozeduralen Generierung, oder?)

Es sieht schrecklich aus, oder? Nun, das ist so gut wie es nur geht. Ich habe Bestnoten für mein Textur-Mapping bekommen, weil die meisten Leute es nicht einmal so richtig verstehen.

Überlegen Sie sich also, Cosinus und Sinus zu verwenden, um eine Kugel zu erzeugen. Bei gleicher Detailgenauigkeit werden deutlich weniger Gesichter generiert.

Das folgende Skript erstellt ein Ikosaeder mit n Polygonen ... Basis 12. Es unterteilt die Polygone auch in separate Maschen und berechnet die Gesamtzahl der Vert-Duplikate und Polygone.

Ich konnte nichts Ähnliches finden, also habe ich das erstellt. Hängen Sie das Skript einfach an ein GameObject an und legen Sie die Unterteilungen im Editor fest. Als nächstes wird an der Modifikation des Rauschens gearbeitet.

/* Creates an initial Icosahedron with 12 vertices...
 * ...Adapted from https://medium.com/@peter_winslow/creating-procedural-icosahedrons-in-unity-part-1-df83ecb12e91
 * ...And a couple other Icosahedron C# for Unity scripts
 * 
 * Allows an Icosahedron to be created with multiple separate polygon meshes
 * I used a dictionary of Dictionary<int, List<Vector3>> to represent the 
 * Polygon index and the vertice index
 * polygon[0] corresponds to vertice[0]
 * so that all vertices in dictionary vertice[0] will correspond to the polygons in polygon[0]
 * 
 * If you need help understanding Dictionaries
 * https://msdn.microsoft.com/en-us/library/xfhwa508(v=vs.110).aspx
 * 
 * --I used dictionaries because I didn't know what programming instrument to use, so there may be more
 * elegant or efficient ways to go about this.
 * 
 * Essentially int represents the index, and 
 * List<Vector3> represents the actual Vector3 Transforms of the triangle
 * OR List<Vector3> in the polygon dictionary will act as a reference to the indice/index number of the vertices
 * 
 * For example the polygon dictionary at key[0] will contain a list of Vector3's representing polygons
 * ... Vector3.x , Vector3.y, Vector3.z in the polygon list would represent the 3 indexes of the vertice[0] list
 * AKA the three Vector3 transforms that make up the triangle
 *    .
 *  ./_\.
 * 
 * Create a new GameObject and attach this script
 *  -The folders for the material and saving of the mesh data will be created automatically 
 *    -Line 374/448
 * 
 * numOfMainTriangles will represent the individual meshes created
 * numOfSubdivisionsWithinEachTriangle represents the number of subdivisions within each mesh
 * 
 * Before running with Save Icosahedron checked be aware that it can take several minutes to 
 *   generate and save all the meshes depending on the level of divisions
 * 
 * There may be a faster way to save assets - Line 430 - AssetDatabase.CreateAsset(asset,path);
 * */

using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using UnityEditor;

public class UnityIcosahedronGenerator : MonoBehaviour {
    IcosahedronGenerator icosahedron;
    public const int possibleSubDivisions = 7;
    public static readonly int[] supportedChunkSizes = { 20, 80, 320, 1280, 5120, 20480, 81920};

    [Range(0, possibleSubDivisions - 1)]
    public int numOfMainTriangles = 0;
    [Range(0,possibleSubDivisions - 1)]
    public int numOfSubdivisionsWithinEachTriangle = 0;
    public bool saveIcosahedron = false;

    // Use this for initialization
    void Start() {
        icosahedron = ScriptableObject.CreateInstance<IcosahedronGenerator>();

        // 0 = 12 verts, 20 tris
        icosahedron.GenBaseIcosahedron();
        icosahedron.SeparateAllPolygons();

        // 0 = 12 verts, 20 tris - Already Generated with GenBaseIcosahedron()
        // 1 = 42 verts, 80 tris
        // 2 = 162 verts, 320 tris
        // 3 = 642 verts, 1280 tris
        // 5 = 2562 verts, 5120 tris
        // 5 = 10242 verts, 20480 tris
        // 6 = 40962verts, 81920 tris
        if (numOfMainTriangles > 0) {
            icosahedron.Subdivide(numOfMainTriangles);
        }
        icosahedron.SeparateAllPolygons();

        if (numOfSubdivisionsWithinEachTriangle > 0) {
            icosahedron.Subdivide(numOfSubdivisionsWithinEachTriangle);
        }

        icosahedron.CalculateMesh(this.gameObject, numOfMainTriangles,numOfSubdivisionsWithinEachTriangle, saveIcosahedron);
        icosahedron.DisplayVertAndPolygonCount();
    }
}

public class Vector3Dictionary {
    public List<Vector3> vector3List;
    public Dictionary<int, List<Vector3>> vector3Dictionary;

    public Vector3Dictionary() {
        vector3Dictionary = new Dictionary<int, List<Vector3>>();
        return;
    }

    public void Vector3DictionaryList(int x, int y, int z) {
        vector3List = new List<Vector3>();

        vector3List.Add(new Vector3(x, y, z));
        vector3Dictionary.Add(vector3Dictionary.Count, vector3List);

        return;
    }

    public void Vector3DictionaryList(int index, Vector3 vertice) {
        vector3List = new List<Vector3>();

        if (vector3Dictionary.ContainsKey(index)) {
            vector3List = vector3Dictionary[index];
            vector3List.Add(vertice);
            vector3Dictionary[index] = vector3List;
        } else {
            vector3List.Add(vertice);
            vector3Dictionary.Add(index, vector3List);
        }

        return;
    }

    public void Vector3DictionaryList(int index, List<Vector3> vertice, bool list) {
        vector3List = new List<Vector3>();

        if (vector3Dictionary.ContainsKey(index)) {
            vector3List = vector3Dictionary[index];
            for (int a = 0; a < vertice.Count; a++) {
                vector3List.Add(vertice[a]);
            }
            vector3Dictionary[index] = vector3List;
        } else {
            for (int a = 0; a < vertice.Count; a++) {
                vector3List.Add(vertice[a]);
            }
            vector3Dictionary.Add(index, vector3List);
        }

        return;
    }

    public void Vector3DictionaryList(int index, int x, int y, int z) {
        vector3List = new List<Vector3>();

        if (vector3Dictionary.ContainsKey(index)) {
            vector3List = vector3Dictionary[index];
            vector3List.Add(new Vector3(x, y, z));
            vector3Dictionary[index] = vector3List;
        } else {
            vector3List.Add(new Vector3(x, y, z));
            vector3Dictionary.Add(index, vector3List);
        }

        return;
    }

    public void Vector3DictionaryList(int index, float x, float y, float z, bool replace) {
        if (replace) {
            vector3List = new List<Vector3>();

            vector3List.Add(new Vector3(x, y, z));
            vector3Dictionary[index] = vector3List;
        }

        return;
    }
}

public class IcosahedronGenerator : ScriptableObject {
    public Vector3Dictionary icosahedronPolygonDict;
    public Vector3Dictionary icosahedronVerticeDict;
    public bool firstRun = true;

    public void GenBaseIcosahedron() {
        icosahedronPolygonDict = new Vector3Dictionary();
        icosahedronVerticeDict = new Vector3Dictionary();

        // An icosahedron has 12 vertices, and
        // since it's completely symmetrical the
        // formula for calculating them is kind of
        // symmetrical too:

        float t = (1.0f + Mathf.Sqrt(5.0f)) / 2.0f;

        icosahedronVerticeDict.Vector3DictionaryList(0, new Vector3(-1, t, 0).normalized);
        icosahedronVerticeDict.Vector3DictionaryList(0, new Vector3(1, t, 0).normalized);
        icosahedronVerticeDict.Vector3DictionaryList(0, new Vector3(-1, -t, 0).normalized);
        icosahedronVerticeDict.Vector3DictionaryList(0, new Vector3(1, -t, 0).normalized);
        icosahedronVerticeDict.Vector3DictionaryList(0, new Vector3(0, -1, t).normalized);
        icosahedronVerticeDict.Vector3DictionaryList(0, new Vector3(0, 1, t).normalized);
        icosahedronVerticeDict.Vector3DictionaryList(0, new Vector3(0, -1, -t).normalized);
        icosahedronVerticeDict.Vector3DictionaryList(0, new Vector3(0, 1, -t).normalized);
        icosahedronVerticeDict.Vector3DictionaryList(0, new Vector3(t, 0, -1).normalized);
        icosahedronVerticeDict.Vector3DictionaryList(0, new Vector3(t, 0, 1).normalized);
        icosahedronVerticeDict.Vector3DictionaryList(0, new Vector3(-t, 0, -1).normalized);
        icosahedronVerticeDict.Vector3DictionaryList(0, new Vector3(-t, 0, 1).normalized);

        // And here's the formula for the 20 sides,
        // referencing the 12 vertices we just created.
        // Each side will be placed in it's own dictionary key.
        // The first number is the key/index, and the next 3 numbers reference the vertice index
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(0, 0, 11, 5);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(1, 0, 5, 1);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(2, 0, 1, 7);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(3, 0, 7, 10);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(4, 0, 10, 11);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(5, 1, 5, 9);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(6, 5, 11, 4);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(7, 11, 10, 2);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(8, 10, 7, 6);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(9, 7, 1, 8);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(10, 3, 9, 4);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(11, 3, 4, 2);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(12, 3, 2, 6);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(13, 3, 6, 8);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(14, 3, 8, 9);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(15, 4, 9, 5);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(16, 2, 4, 11);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(17, 6, 2, 10);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(18, 8, 6, 7);
        icosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(19, 9, 8, 1);

        return;
    }

    public void SeparateAllPolygons(){
        // Separates all polygons and vertex keys/indicies into their own key/index
        // For example if the numOfMainTriangles is set to 2,
        // This function will separate each polygon/triangle into it's own index
        // By looping through all polygons in each dictionary key/index

        List<Vector3> originalPolygons = new List<Vector3>();
        List<Vector3> originalVertices = new List<Vector3>();
        List<Vector3> newVertices = new List<Vector3>();
        Vector3Dictionary tempIcosahedronPolygonDict = new Vector3Dictionary();
        Vector3Dictionary tempIcosahedronVerticeDict = new Vector3Dictionary();

        // Cycles through the polygon list
        for (int i = 0; i < icosahedronPolygonDict.vector3Dictionary.Count; i++) {
            originalPolygons = new List<Vector3>();
            originalVertices = new List<Vector3>();

            // Loads all the polygons in a certain index/key
            originalPolygons = icosahedronPolygonDict.vector3Dictionary[i];

            // Since the original script was set up without a dictionary index
            // It was easier to loop all the original triangle vertices into index 0
            // Thus the first time this function runs, all initial vertices will be 
            // redistributed to the correct indicies/index/key

            if (firstRun) {
                originalVertices = icosahedronVerticeDict.vector3Dictionary[0];
            } else {
                // i - 1 to account for the first iteration of pre-set vertices
                originalVertices = icosahedronVerticeDict.vector3Dictionary[i];
            }

            // Loops through all the polygons in a specific Dictionary key/index
            for (int a = 0; a < originalPolygons.Count; a++){
                newVertices = new List<Vector3>();

                int x = (int)originalPolygons[a].x;
                int y = (int)originalPolygons[a].y;
                int z = (int)originalPolygons[a].z;

                // Adds three vertices/transforms for each polygon in the list
                newVertices.Add(originalVertices[x]);
                newVertices.Add(originalVertices[y]);
                newVertices.Add(originalVertices[z]);

                // Overwrites the Polygon indices from their original locations
                // index (20,11,5) for example would become (0,1,2) to correspond to the
                // three new Vector3's added to the list.
                // In the case of this function there will only be 3 Vector3's associated to each dictionary key
                tempIcosahedronPolygonDict.Vector3DictionaryList(0, 1, 2);

                // sets the index to the size of the temp dictionary list
                int tempIndex = tempIcosahedronPolygonDict.vector3Dictionary.Count;
                // adds the new vertices to the corresponding same key in the vertice index
                // which corresponds to the same key/index as the polygon dictionary
                tempIcosahedronVerticeDict.Vector3DictionaryList(tempIndex - 1, newVertices, true);
            }
        }
        firstRun = !firstRun;

        // Sets the temp dictionarys as the main dictionaries
        icosahedronVerticeDict = tempIcosahedronVerticeDict;
        icosahedronPolygonDict = tempIcosahedronPolygonDict;
    }

    public void Subdivide(int recursions) {
        // Divides each triangle into 4 triangles, and replaces the Dictionary entry

        var midPointCache = new Dictionary<int, int>();
        int polyDictIndex = 0;
        List<Vector3> originalPolygons = new List<Vector3>();
        List<Vector3> newPolygons;

        for (int x = 0; x < recursions; x++) {
            polyDictIndex = icosahedronPolygonDict.vector3Dictionary.Count;
            for (int i = 0; i < polyDictIndex; i++) {
                newPolygons = new List<Vector3>();
                midPointCache = new Dictionary<int, int>();
                originalPolygons = icosahedronPolygonDict.vector3Dictionary[i];

                for (int z = 0; z < originalPolygons.Count; z++) {
                    int a = (int)originalPolygons[z].x;
                    int b = (int)originalPolygons[z].y;
                    int c = (int)originalPolygons[z].z;

                    // Use GetMidPointIndex to either create a
                    // new vertex between two old vertices, or
                    // find the one that was already created.
                    int ab = GetMidPointIndex(i,midPointCache, a, b);
                    int bc = GetMidPointIndex(i,midPointCache, b, c);
                    int ca = GetMidPointIndex(i,midPointCache, c, a);

                    // Create the four new polygons using our original
                    // three vertices, and the three new midpoints.
                    newPolygons.Add(new Vector3(a, ab, ca));
                    newPolygons.Add(new Vector3(b, bc, ab));
                    newPolygons.Add(new Vector3(c, ca, bc));
                    newPolygons.Add(new Vector3(ab, bc, ca));
                }
                // Replace all our old polygons with the new set of
                // subdivided ones.
                icosahedronPolygonDict.vector3Dictionary[i] = newPolygons;
            }
        }
        return;
    }

    int GetMidPointIndex(int polyIndex, Dictionary<int, int> cache, int indexA, int indexB) {
        // We create a key out of the two original indices
        // by storing the smaller index in the upper two bytes
        // of an integer, and the larger index in the lower two
        // bytes. By sorting them according to whichever is smaller
        // we ensure that this function returns the same result
        // whether you call
        // GetMidPointIndex(cache, 5, 9)
        // or...
        // GetMidPointIndex(cache, 9, 5)

        int smallerIndex = Mathf.Min(indexA, indexB);
        int greaterIndex = Mathf.Max(indexA, indexB);
        int key = (smallerIndex << 16) + greaterIndex;

        // If a midpoint is already defined, just return it.
        int ret;
        if (cache.TryGetValue(key, out ret))
            return ret;

        // If we're here, it's because a midpoint for these two
        // vertices hasn't been created yet. Let's do that now!
        List<Vector3> tempVertList = icosahedronVerticeDict.vector3Dictionary[polyIndex];

        Vector3 p1 = tempVertList[indexA];
        Vector3 p2 = tempVertList[indexB];
        Vector3 middle = Vector3.Lerp(p1, p2, 0.5f).normalized;

        ret = tempVertList.Count;
        tempVertList.Add(middle);
        icosahedronVerticeDict.vector3Dictionary[polyIndex] = tempVertList;

        cache.Add(key, ret);
        return ret;
    }

    public void CalculateMesh(GameObject icosahedron, int numOfMainTriangles, int numOfSubdivisionsWithinEachTriangle, bool saveIcosahedron) {
        GameObject meshChunk;
        List<Vector3> meshPolyList;
        List<Vector3> meshVertList;
        List<int> triList;

        CreateFolders(numOfMainTriangles, numOfSubdivisionsWithinEachTriangle);
        CreateMaterial();

        // Loads a material from the Assets/Resources/ folder so that it can be saved with the prefab later
        Material material = Resources.Load("BlankSphere", typeof(Material)) as Material;

        int polyDictIndex = icosahedronPolygonDict.vector3Dictionary.Count;

        // Used to assign the child objects as well as to be saved as the .prefab
        // Sets the name
        icosahedron.gameObject.name = "Icosahedron" + numOfMainTriangles + "Recursion" + numOfSubdivisionsWithinEachTriangle;

        for (int i = 0; i < polyDictIndex; i++) {
            meshPolyList = new List<Vector3>();
            meshVertList = new List<Vector3>();
            triList = new List<int>();
            // Assigns the polygon and vertex indices
            meshPolyList = icosahedronPolygonDict.vector3Dictionary[i];
            meshVertList = icosahedronVerticeDict.vector3Dictionary[i];

            // Sets the child gameobject parameters
            meshChunk = new GameObject("MeshChunk");
            meshChunk.transform.parent = icosahedron.gameObject.transform;
            meshChunk.transform.localPosition = new Vector3(0, 0, 0);
            meshChunk.AddComponent<MeshFilter>();
            meshChunk.AddComponent<MeshRenderer>();
            meshChunk.GetComponent<MeshRenderer>().material = material;
            meshChunk.AddComponent<MeshCollider>();
            Mesh mesh = meshChunk.GetComponent<MeshFilter>().mesh;

            // Adds the triangles to the list
            for (int z = 0; z < meshPolyList.Count; z++) {
                triList.Add((int)meshPolyList[z].x);
                triList.Add((int)meshPolyList[z].y);
                triList.Add((int)meshPolyList[z].z);
            }

            mesh.vertices = meshVertList.ToArray();
            mesh.triangles = triList.ToArray();
            mesh.uv = new Vector2[meshVertList.Count];

            /*
            //Not Needed because all normals have been calculated already
            Vector3[] _normals = new Vector3[meshVertList.Count];
            for (int d = 0; d < _normals.Length; d++){
                _normals[d] = meshVertList[d].normalized;
            }
            mesh.normals = _normals;
            */

            mesh.normals = meshVertList.ToArray();

            mesh.RecalculateBounds();

            // Saves each chunk mesh to a specified folder
            // The folder must exist
            if (saveIcosahedron) {
                string sphereAssetName = "icosahedronChunk" + numOfMainTriangles + "Recursion" + numOfSubdivisionsWithinEachTriangle + "_" + i + ".asset";
                AssetDatabase.CreateAsset(mesh, "Assets/Icosahedrons/Icosahedron" + numOfMainTriangles + "Recursion" + numOfSubdivisionsWithinEachTriangle + "/" + sphereAssetName);
                AssetDatabase.SaveAssets();
            }
        }

        // Removes the script for the prefab save
        // Saves the prefab to a specified folder
        // The folder must exist
        if (saveIcosahedron) {
            DestroyImmediate(icosahedron.GetComponent<UnityIcosahedronGenerator>());
            PrefabUtility.CreatePrefab("Assets/Icosahedrons/Icosahedron" + numOfMainTriangles + "Recursion" + numOfSubdivisionsWithinEachTriangle + "/Icosahedron" + numOfMainTriangles + "Recursion" + numOfSubdivisionsWithinEachTriangle + ".prefab", icosahedron);
        }

        return;
    }

    void CreateFolders(int numOfMainTriangles, int numOfSubdivisionsWithinEachTriangle){
        // Creates the folders if they don't exist
        if (!AssetDatabase.IsValidFolder("Assets/Icosahedrons")) {
            AssetDatabase.CreateFolder("Assets", "Icosahedrons");
        }
        if (!AssetDatabase.IsValidFolder("Assets/Icosahedrons/Icosahedron" + numOfMainTriangles + "Recursion" + numOfSubdivisionsWithinEachTriangle)) {
            AssetDatabase.CreateFolder("Assets/Icosahedrons", "Icosahedron" + numOfMainTriangles + "Recursion" + numOfSubdivisionsWithinEachTriangle);
        }
        if (!AssetDatabase.IsValidFolder("Assets/Resources")) {
            AssetDatabase.CreateFolder("Assets", "Resources");
        }

        return;
    }

    static void CreateMaterial() {
        if (Resources.Load("BlankSphere", typeof(Material)) == null) {
            // Create a simple material asset if one does not exist
            Material material = new Material(Shader.Find("Standard"));
            material.color = Color.blue;
            AssetDatabase.CreateAsset(material, "Assets/Resources/BlankSphere.mat");
        }

        return;
    }

    // Displays the Total Polygon/Triangle and Vertice Count
    public void DisplayVertAndPolygonCount(){
        List<Vector3> tempVertices;
        HashSet<Vector3> verticeHash = new HashSet<Vector3>();

        int polygonCount = 0;
        List<Vector3> tempPolygons;

        // Saves Vertices to a hashset to ensure no duplicate vertices are counted
        for (int a = 0; a < icosahedronVerticeDict.vector3Dictionary.Count; a++) {
            tempVertices = new List<Vector3>();
            tempVertices = icosahedronVerticeDict.vector3Dictionary[a];
            for (int b = 0; b < tempVertices.Count; b++) {
                verticeHash.Add(tempVertices[b]);
            }
        }

        for (int a = 0; a < icosahedronPolygonDict.vector3Dictionary.Count; a++) {
            tempPolygons = new List<Vector3>();
            tempPolygons = icosahedronPolygonDict.vector3Dictionary[a];
            for (int b = 0; b < tempPolygons.Count; b++) {
                polygonCount++;
            }
        }

        Debug.Log("Vertice Count: " + verticeHash.Count);
        Debug.Log("Polygon Count: " + polygonCount);

        return;
    }
}