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，相信很多沒有經驗的人對此束手無策，為此本文總結了問題出現的原因和解決方法，通過這篇文章希望你能解決這個問題。

地形繪制有重復度高，高度控制自由，貼圖復雜度高且有連貫要求等特點。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勢，因為QuadTree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，這和我們之前實現的GPU Driven Pipeline思路相仿，而Virtual Texture可以用來表示各種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來實現大地形的繪制和編輯。

四叉樹的實現對于算法能力扎實的朋友來說，并不算難事，所以這里直接就跳過四叉樹的基本算法原理，拿出部分代碼示例進行講解。因為Virtual Texture加持的原因，在構建四叉樹時不需要準備諸如Material ID之類的額外信息，只需要保存當前區塊的位置坐標，LOD等級（用于切換LOD），以及緩存狀態（方便遞歸）等，數據結構也會非常簡單：

有個小細節是，為提高內存分配性能，四個子節點是同時分配的，這一點許多習慣C++高級特性的開發者很容易習慣性的漏掉，但是性能都是從這種小細節摳出來的，因此一定要注意：

因為使用了Unity提供的手動內存分配，因此完全可以使用Burst Compiler提高CPU端計算速度：

準備完畢后直接提交到StructuredBuffer等Compute Shader用到時拿去做剔除繪制工作，渲染結果如下（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化生成，手動高性能編輯的工具,以及隨玩家移動進行動態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部分簡單實現以下。

所謂Adaptive Virtual Texture一句話總結就是：存貼圖的對象池。首先，開一張Render Texture作為Index map，存儲一個Scale Offset，也就是一個指向Atlas位置的索引。同時開一張Atlas，當地形加載到這一部分時，從硬盤加載貼圖到Atlas的某個部分，并將新加載的部分的位置放到Index map中，也就是說使用Index map作為一張跳表。而渲染地形時，直接把當前地形的世界坐標當做UV讀取Index map即可，相當于整個地形使用了一張碩大無比的貼圖，只不過這個貼圖中間大部分地方都是沒加載的，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UV轉換到Index map的絕對坐標。    uv *= _IndexMap_TexelSize.zw;//讀取Index Map，XYZW四個通道意義分別為：大小比例，橫向偏移，縱向偏移，數組索引    float4 scaleOffset = _IndexMap[(uint2)uv];//獲取絕對UV的小數點后部分，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;}

這一點在PPT中講的也比較清楚了：

這樣靈活的空間分配和復用方式，可以使用視錐體只加載視野內的貼圖，若內存和性能充裕且玩家常有高速轉動鏡頭的需求，也可以使用攝像機坐標來加載相機四周的貼圖。

同時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，因此在進行LOD降級時，只需要將四塊區域的圖片四合一放到另一塊區域即可，順水推舟，幾乎沒有額外消耗。

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。當然，由于工作量巨大，可能需要本人開發數月或數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設想性質的原型用作學習探討用途。

從上方的實現不難看出，Virtual Texture的實現過程全部是實時投射的Render Texture，實時加載，實時卸載，實時合并，因此在設計儲存的數據格式時，我們也沒必要儲存一整張繪制好的貼圖，因為這樣會導致游戲的包體完全無法控制，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就是由多張已經準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，并沒有出現明顯的重復感：

只用Mask做混合顯然是不夠的，諸如石子，土路，苔蘚等不規則物，在生產時往往是依賴貼花實現。貼花的實現思想也比較簡單粗暴，直接在面片上方構建一個正交投影矩陣，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？如果還想學到更多技能或想了解更多相關內容，歡迎關注億速云行業資訊頻道，感謝各位的閱讀！