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移动端草海的渲染方案(一)

塞尔达草海的模仿

塞尔达的草海 让人印象深刻,忍不住又要背诵台词:

我想起那天下午夕阳下的奔跑,那是我逝去的青春。

好了,现在回来。

如果尝试用unity内置的地形草来还原上图效果,我们会发现有点力不从心:首先,内置草的shader不支持 高光

下图是前项目我们用传统的 Blinn-Phong 光照模型添加的高光:

这里在计算光照时让 草的法线向上,大致可以模拟出塞尔达草海的高光形状。

不过,塞尔达的草可远不止于此:随风摆动,碰撞弯曲,可破坏,可点燃......

下面的视频是我们用unity对上述效果的高仿:

塞尔达高仿--腾讯视频链接

是不是有点帅,:)

本文以及后续的几篇文章陆续会介绍我们的实现方式,以及一些改进方案。

Unity地形草的局限

我们的目标是要能在 中高端移动设备 跑得起 至少60米 视野范围的草海。

如果用Unity提供的 Terrain 来刷草的话,下面的2个参数我们必须非常注意:

为了记录刷草的信息,Unity会把我们的 Terrain 栅格化,Detail Resolution 指定了格子的 划分粒度:这个值越大精度越高,同时需要的内存也越高。

比如我们把 Detail Resolution 设置成 512,那么地表会被划分成 512 x 512 个格子,每个格子是刷草的最基本单位,草的 密度 决定了每个格子草的数量。

Unity的 TerrainData 给我们提供了一个接口用于获取刷草信息:

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

这里 GetDetailLayer 返回的是一个二维数组,数组长宽的最大值和 Detail Resolution 是对应的。

考虑到大面积草的渲染,如果以每个格子里的单株草为单位,那 drawcall 会非常高。

对此,Unity做了它的优化:把一定数量的格子合并成一个 Patch,以 Patch 为单位来渲染,这样 drawcall 就能大幅度降低,Detail Resolution Per Patch 决定了每个Patch包含的格子数量。

比如我们把 Detail Resolution Per Patch 设为 16,那么每个 Patch 就包含了 16 * 16 = 256 个格子,Unity会把这 256 格里的草合并成一个大的Mesh,用于最终的渲染。

这个时候,你可能和我有一样的疑问,GPU Instancing 跑哪去了?

按照Unity的实现方案,每个 Patch 生成的Mesh是 独立且各不相同 的,GPU Instancing 的条件并不满足......

没有 GPU Instancing 就算了,你很快会发现另一个问题,新的 Patch 进入视野时,有严重的 CPU性能开销,看一下下图的峰值:

Patch 在运行时 合并Mesh 的开销很大。

这个时候,你可能已经心灰意冷,尝试着寻找 Terrain刷草 的替代方案了。

几个插件

事实上,国内用 Terrain 做地表的手游似乎也不多,更别说用 Terrain刷草 了。

不过了解 Terrain 的做法还是必要的,我们至少知道了Unity内置刷草的大致实现方式和存在的问题,以此为基础,再去理解一些第三方插件就容易得多了。

我们刚才的痛点主要有2个:

  1. 不支持 GPU Instancing。

  2. Patch 进入视野后合并模型的CPU开销很大。

这里介绍3款插件,都号称解决了我们的痛点:

  1. uNature

  2. Advanced Terrain Grass

  3. Nature Renderer

当然这几个插件也并非十全十美,我们是需要做二次开发的。

下篇文章会介绍一下这几个插件的实现原理,以及我们的选择。

个人主页

本文的个人主页链接:baddogzz.github.io/2020/01/14/…

好了,拜拜。