移動(dòng)端草海的渲染方案(一)

塞爾達(dá)草海的模仿

塞爾達(dá)的草海 讓人印象深刻,忍不住又要背誦臺(tái)詞:

我想起那天下午夕陽(yáng)下的奔跑,那是我逝去的青春期奔。

image

好了侧馅,現(xiàn)在回來(lái)。

如果嘗試用unity內(nèi)置的地形草來(lái)還原上圖效果呐萌,我們會(huì)發(fā)現(xiàn)有點(diǎn)力不從心:首先馁痴,內(nèi)置草的shader不支持 高光

下圖是前項(xiàng)目我們用傳統(tǒng)的 Blinn-Phong 光照模型添加的高光:

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這里在計(jì)算光照時(shí)讓 草的法線向上搁胆,大致可以模擬出塞爾達(dá)草海的高光形狀弥搞。

不過(guò),塞爾達(dá)的草可遠(yuǎn)不止于此:隨風(fēng)擺動(dòng)渠旁,碰撞彎曲攀例,可破壞,可點(diǎn)燃......

下面的視頻是我們用unity對(duì)上述效果的高仿:

塞爾達(dá)高仿--騰訊視頻鏈接

是不是有點(diǎn)帥顾腊,:)

本文以及后續(xù)的幾篇文章陸續(xù)會(huì)介紹我們的實(shí)現(xiàn)方式粤铭,以及一些改進(jìn)方案。

Unity地形草的局限

我們的目標(biāo)是要能在 中高端移動(dòng)設(shè)備 跑得起 至少60米 視野范圍的草海杂靶。

如果用Unity提供的 Terrain 來(lái)刷草的話梆惯,下面的2個(gè)參數(shù)我們必須非常注意:

image

為了記錄刷草的信息,Unity會(huì)把我們的 Terrain 柵格化吗垮,Detail Resolution 指定了格子的 劃分粒度:這個(gè)值越大精度越高垛吗,同時(shí)需要的內(nèi)存也越高。

比如我們把 Detail Resolution 設(shè)置成 512烁登,那么地表會(huì)被劃分成 512 x 512 個(gè)格子怯屉,每個(gè)格子是刷草的最基本單位,草的 密度 決定了每個(gè)格子草的數(shù)量饵沧。

Unity的 TerrainData 給我們提供了一個(gè)接口用于獲取刷草信息:

public int[,] GetDetailLayer(int xBase, int yBase, int width, int height, int layer);

這里 GetDetailLayer 返回的是一個(gè)二維數(shù)組锨络,數(shù)組長(zhǎng)寬的最大值和 Detail Resolution 是對(duì)應(yīng)的。

考慮到大面積草的渲染狼牺,如果以每個(gè)格子里的單株草為單位羡儿,那 drawcall 會(huì)非常高。

對(duì)此是钥,Unity做了它的優(yōu)化:把一定數(shù)量的格子合并成一個(gè) Patch掠归,以 Patch 為單位來(lái)渲染,這樣 drawcall 就能大幅度降低悄泥,Detail Resolution Per Patch 決定了每個(gè)Patch包含的格子數(shù)量拂到。

比如我們把 Detail Resolution Per Patch 設(shè)為 16,那么每個(gè) Patch 就包含了 16 * 16 = 256 個(gè)格子码泞,Unity會(huì)把這 256 格里的草合并成一個(gè)大的Mesh,用于最終的渲染狼犯。

這個(gè)時(shí)候余寥,你可能和我有一樣的疑問(wèn)领铐,GPU Instancing 跑哪去了?

按照Unity的實(shí)現(xiàn)方案宋舷,每個(gè) Patch 生成的Mesh是 獨(dú)立且各不相同 的绪撵,GPU Instancing 的條件并不滿足......

沒(méi)有 GPU Instancing 就算了,你很快會(huì)發(fā)現(xiàn)另一個(gè)問(wèn)題祝蝠,新的 Patch 進(jìn)入視野時(shí)音诈,有嚴(yán)重的 CPU性能開銷,看一下下圖的峰值:

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Patch 在運(yùn)行時(shí) 合并Mesh 的開銷很大绎狭。

這個(gè)時(shí)候细溅,你可能已經(jīng)心灰意冷,嘗試著尋找 Terrain刷草 的替代方案了儡嘶。

幾個(gè)插件

事實(shí)上喇聊,國(guó)內(nèi)用 Terrain 做地表的手游似乎也不多,更別說(shuō)用 Terrain刷草 了蹦狂。

不過(guò)了解 Terrain 的做法還是必要的誓篱,我們至少知道了Unity內(nèi)置刷草的大致實(shí)現(xiàn)方式和存在的問(wèn)題,以此為基礎(chǔ)凯楔,再去理解一些第三方插件就容易得多了窜骄。

我們剛才的痛點(diǎn)主要有2個(gè):

  1. 不支持 GPU Instancing。

  2. Patch 進(jìn)入視野后合并模型的CPU開銷很大摆屯。

這里介紹3款插件邻遏,都號(hào)稱解決了我們的痛點(diǎn):

  1. uNature

  2. Advanced Terrain Grass

  3. Nature Renderer

當(dāng)然這幾個(gè)插件也并非十全十美,我們是需要做二次開發(fā)的鸥拧。

下篇文章會(huì)介紹一下這幾個(gè)插件的實(shí)現(xiàn)原理党远,以及我們的選擇。

個(gè)人主頁(yè)

本文的個(gè)人主頁(yè)鏈接:https://baddogzz.github.io/2020/01/14/Unity-Grass-01/富弦。

好了沟娱,拜拜。

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