如何解析基于Unity3D的平坦四叉樹地形與Virtual Texture的分析

如何解析基于Unity3D的平坦四叉樹地形與Virtual Texture的分析，相信很多沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的人對(duì)此束手無(wú)策，為此本文總結(jié)了問(wèn)題出現(xiàn)的原因和解決方法，通過(guò)這篇文章希望你能解決這個(gè)問(wèn)題。

地形繪制有重復(fù)度高，高度控制自由，貼圖復(fù)雜度高且有連貫要求等特點(diǎn)。因此必須要使用特化的繪制方法才得以完成繪制。先前Ubisoft Far Cry 5分享的地形繪制方法，使用了QuadTree + Virtual Texture的方法。這樣的方法有很多優(yōu)勢(shì)，因?yàn)镼uadTree提交的都是固定的面片，因此從剔除到提交都完全可以在GPU做，這和我們之前實(shí)現(xiàn)的GPU Driven Pipeline思路相仿，而Virtual Texture可以用來(lái)表示各種Geometry信息，如高度，漫反，法線，粗糙度等等…… 因此我們也決定使用這樣的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)大地形的繪制和編輯。

四叉樹的實(shí)現(xiàn)對(duì)于算法能力扎實(shí)的朋友來(lái)說(shuō)，并不算難事，所以這里直接就跳過(guò)四叉樹的基本算法原理，拿出部分代碼示例進(jìn)行講解。因?yàn)閂irtual Texture加持的原因，在構(gòu)建四叉樹時(shí)不需要準(zhǔn)備諸如Material ID之類的額外信息，只需要保存當(dāng)前區(qū)塊的位置坐標(biāo)，LOD等級(jí)（用于切換LOD），以及緩存狀態(tài)（方便遞歸）等，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)也會(huì)非常簡(jiǎn)單：

有個(gè)小細(xì)節(jié)是，為提高內(nèi)存分配性能，四個(gè)子節(jié)點(diǎn)是同時(shí)分配的，這一點(diǎn)許多習(xí)慣C++高級(jí)特性的開發(fā)者很容易習(xí)慣性的漏掉，但是性能都是從這種小細(xì)節(jié)摳出來(lái)的，因此一定要注意：

因?yàn)槭褂昧薝nity提供的手動(dòng)內(nèi)存分配，因此完全可以使用Burst Compiler提高CPU端計(jì)算速度：

準(zhǔn)備完畢后直接提交到StructuredBuffer等Compute Shader用到時(shí)拿去做剔除繪制工作，渲染結(jié)果如下（Albedo貼圖為局部UV顯示）：

Farcry 5提到的Procedural Virtual Texture分為兩部分，第一部分Procedural和Adaptive，基本占了99%的工作量，主要工作量在于各種自動(dòng)化生成，手動(dòng)高性能編輯的工具,以及隨玩家移動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)加載卸載的游戲邏輯；第二部分為Virtual Texture，基本占了不到1%工作量，本著柿子先挑軟的捏的精神我們先把Virtual Texture部分簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)以下。

所謂Adaptive Virtual Texture一句話總結(jié)就是：存貼圖的對(duì)象池。首先，開一張Render Texture作為Index map，存儲(chǔ)一個(gè)Scale Offset，也就是一個(gè)指向Atlas位置的索引。同時(shí)開一張Atlas，當(dāng)?shù)匦渭虞d到這一部分時(shí)，從硬盤加載貼圖到Atlas的某個(gè)部分，并將新加載的部分的位置放到Index map中，也就是說(shuō)使用Index map作為一張?zhí)怼６秩镜匦螘r(shí)，直接把當(dāng)前地形的世界坐標(biāo)當(dāng)做UV讀取Index map即可，相當(dāng)于整個(gè)地形使用了一張碩大無(wú)比的貼圖，只不過(guò)這個(gè)貼圖中間大部分地方都是沒(méi)加載的，讀取貼圖的偽代碼大致如下：

Texture2D<float4> _IndexMap;Texture2DArray<float4> _Atlas; SamplerState sampler_Atlas;float4 _IndexMap_TexelSize;//Indexmap 的物理大小float4 TexVT(float2 uv){//將傳入U(xiǎn)V轉(zhuǎn)換到Index map的絕對(duì)坐標(biāo)。    uv *= _IndexMap_TexelSize.zw;//讀取Index Map，XYZW四個(gè)通道意義分別為：大小比例，橫向偏移，縱向偏移，數(shù)組索引    float4 scaleOffset = _IndexMap[(uint2)uv];//獲取絕對(duì)UV的小數(shù)點(diǎn)后部分，得到局部UV偏移    float2 localUV = frac(uv);    localUV = localUV * scaleOffset.x + scaleOffset.yz;//使用換算出的UV讀取Atlas    float4 value = _Atlas.SampleLevel(sampler_Atlas, float3(localUV, scaleOffset.w), 0);    return value;}

這一點(diǎn)在PPT中講的也比較清楚了：

這樣靈活的空間分配和復(fù)用方式，可以使用視錐體只加載視野內(nèi)的貼圖，若內(nèi)存和性能充裕且玩家常有高速轉(zhuǎn)動(dòng)鏡頭的需求，也可以使用攝像機(jī)坐標(biāo)來(lái)加載相機(jī)四周的貼圖。

同時(shí)PPT分享中也指出，由于所有世界空間中緊挨在一起的圖片在IndexMap中也是緊挨的，因此在進(jìn)行LOD降級(jí)時(shí)，只需要將四塊區(qū)域的圖片四合一放到另一塊區(qū)域即可，順?biāo)浦郏瑤缀鯖](méi)有額外消耗。

這里我們給出一套完整的API：

軟柿子輕而易舉捏完。就只剩硬柿子了。當(dāng)然，由于工作量巨大，可能需要本人開發(fā)數(shù)月或數(shù)年才能搭建一套有完整工具流程的Virtual Texture，所以這里只給出一個(gè)設(shè)想性質(zhì)的原型用作學(xué)習(xí)探討用途。

從上方的實(shí)現(xiàn)不難看出，Virtual Texture的實(shí)現(xiàn)過(guò)程全部是實(shí)時(shí)投射的Render Texture，實(shí)時(shí)加載，實(shí)時(shí)卸載，實(shí)時(shí)合并，因此在設(shè)計(jì)儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)格式時(shí)，我們也沒(méi)必要儲(chǔ)存一整張繪制好的貼圖，因?yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致游戲的包體完全無(wú)法控制，我們只需要提供繪制所需的“種子”即可。

此類種子一般是示例貼圖，Blend Mask貼圖，貼花模型等，這些種子可以大量復(fù)用，并且可以使用程序化DCC工具生成，比如這里的RT就是由多張已經(jīng)準(zhǔn)備好的貼圖按順序混合，其中每張貼圖都有不同的Tiling密度：

雖然Tilling密集，但由于使用的Mask不同且混合均勻，并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的重復(fù)感：

只用Mask做混合顯然是不夠的，諸如石子，土路，苔蘚等不規(guī)則物，在生產(chǎn)時(shí)往往是依賴貼花實(shí)現(xiàn)。貼花的實(shí)現(xiàn)思想也比較簡(jiǎn)單粗暴，直接在面片上方構(gòu)建一個(gè)正交投影矩陣，并把模型的Geometry信息“拍扁”到貼圖上：

 

最終有貼花的貼圖豐富程度更高了：

看完上述內(nèi)容，你們掌握如何解析基于Unity3D的平坦四叉樹地形與Virtual Texture的分析的方法了嗎？如果還想學(xué)到更多技能或想了解更多相關(guān)內(nèi)容，歡迎關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝各位的閱讀！