如何解析基于Unity3D的平坦四叉树地形与VirtualTexture的分析

如何解析基于Unity3D的平坦四叉树地形与Virtual Texture的分析，相信很多没有经验的人对此束手无策，为此本文总结了问题出现的原因和解决方法，通过这篇文章希望你能解决这个问题。

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地形绘制有重复度高，高度控制自由，贴图复杂度高且有连贯要求等特点。因此必须要使用特化的绘制方法才得以完成绘制。先前Ubisoft Far Cry 5分享的地形绘制方法，使用了QuadTree + Virtual Texture的方法。这样的方法有很多优势，因为QuadTree提交的都是固定的面片，因此从剔除到提交都完全可以在GPU做，这和我们之前实现的GPU Driven Pipeline思路相仿，而Virtual Texture可以用来表示各种Geometry信息，如高度，漫反，法线，粗糙度等等…… 因此我们也决定使用这样的技术来实现大地形的绘制和编辑。

四叉树的实现对于算法能力扎实的朋友来说，并不算难事，所以这里直接就跳过四叉树的基本算法原理，拿出部分代码示例进行讲解。因为Virtual Texture加持的原因，在构建四叉树时不需要准备诸如Material ID之类的额外信息，只需要保存当前区块的位置坐标，LOD等级（用于切换LOD），以及缓存状态（方便递归）等，数据结构也会非常简单：

有个小细节是，为提高内存分配性能，四个子节点是同时分配的，这一点许多习惯C++高级特性的开发者很容易习惯性的漏掉，但是性能都是从这种小细节抠出来的，因此一定要注意：

因为使用了Unity提供的手动内存分配，因此完全可以使用Burst Compiler提高CPU端计算速度：

准备完毕后直接提交到StructuredBuffer等Compute Shader用到时拿去做剔除绘制工作，渲染结果如下（Albedo贴图为局部UV显示）：

Farcry 5提到的Procedural Virtual Texture分为两部分，第一部分Procedural和Adaptive，基本占了99%的工作量，主要工作量在于各种自动化生成，手动高性能编辑的工具,以及随玩家移动进行动态加载卸载的游戏逻辑；第二部分为Virtual Texture，基本占了不到1%工作量，本着柿子先挑软的捏的精神我们先把Virtual Texture部分简单实现以下。

所谓Adaptive Virtual Texture一句话总结就是：存贴图的对象池。首先，开一张Render Texture作为Index map，存储一个Scale Offset，也就是一个指向Atlas位置的索引。同时开一张Atlas，当地形加载到这一部分时，从硬盘加载贴图到Atlas的某个部分，并将新加载的部分的位置放到Index map中，也就是说使用Index map作为一张跳表。而渲染地形时，直接把当前地形的世界坐标当做UV读取Index map即可，相当于整个地形使用了一张硕大无比的贴图，只不过这个贴图中间大部分地方都是没加载的，读取贴图的伪代码大致如下：

Texture2D _IndexMap;Texture2DArray _Atlas; SamplerState sampler_Atlas;float4 _IndexMap_TexelSize;//Indexmap 的物理大小float4 TexVT(float2 uv){//将传入UV转换到Index map的绝对坐标。    uv *= _IndexMap_TexelSize.zw;//读取Index Map，XYZW四个通道意义分别为：大小比例，横向偏移，纵向偏移，数组索引    float4 scaleOffset = _IndexMap[(uint2)uv];//获取绝对UV的小数点后部分，得到局部UV偏移    float2 localUV = frac(uv);    localUV = localUV * scaleOffset.x + scaleOffset.yz;//使用换算出的UV读取Atlas    float4 value = _Atlas.SampleLevel(sampler_Atlas, float3(localUV, scaleOffset.w), 0);    return value;}

这一点在PPT中讲的也比较清楚了：

这样灵活的空间分配和复用方式，可以使用视锥体只加载视野内的贴图，若内存和性能充裕且玩家常有高速转动镜头的需求，也可以使用摄像机坐标来加载相机四周的贴图。

同时PPT分享中也指出，由于所有世界空间中紧挨在一起的图片在IndexMap中也是紧挨的，因此在进行LOD降级时，只需要将四块区域的图片四合一放到另一块区域即可，顺水推舟，几乎没有额外消耗。

这里我们给出一套完整的API：

软柿子轻而易举捏完。就只剩硬柿子了。当然，由于工作量巨大，可能需要本人开发数月或数年才能搭建一套有完整工具流程的Virtual Texture，所以这里只给出一个设想性质的原型用作学习探讨用途。

从上方的实现不难看出，Virtual Texture的实现过程全部是实时投射的Render Texture，实时加载，实时卸载，实时合并，因此在设计储存的数据格式时，我们也没必要储存一整张绘制好的贴图，因为这样会导致游戏的包体完全无法控制，我们只需要提供绘制所需的“种子”即可。

此类种子一般是示例贴图，Blend Mask贴图，贴花模型等，这些种子可以大量复用，并且可以使用程序化DCC工具生成，比如这里的RT就是由多张已经准备好的贴图按顺序混合，其中每张贴图都有不同的Tiling密度：

虽然Tilling密集，但由于使用的Mask不同且混合均匀，并没有出现明显的重复感：

只用Mask做混合显然是不够的，诸如石子，土路，苔藓等不规则物，在生产时往往是依赖贴花实现。贴花的实现思想也比较简单粗暴，直接在面片上方构建一个正交投影矩阵，并把模型的Geometry信息“拍扁”到贴图上：

 

最终有贴花的贴图丰富程度更高了：

看完上述内容，你们掌握如何解析基于Unity3D的平坦四叉树地形与Virtual Texture的分析的方法了吗？如果还想学到更多技能或想了解更多相关内容，欢迎关注创新互联行业资讯频道，感谢各位的阅读！