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不积跬步,无以至千里;不积小流,无以成江海。

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引擎设计跟踪 地形LOD的改进

虽然地形已经有LOD和形变(geomorphing, 这里简称morphing)来进行LOD的渐变,从而避免bump, 但是如果LOD级别过多,远处的高山就会严重丢失细节,比如变成尖尖的凸起,非常丑陋,这是morphing无法解决的。

解决一种方式是使用强制的固定LOD (fixed LOD),如果一个block的高度(maxH)或者高度比率(dH/dX)超过一定阈值,就使用固定的高细节的LOD。

例如LOD 0为最高细节,aab为block的包围盒,那么:

1  if(aab.getSize().y / aab.getSize().x >= THRESOLD)
2      block.fixedLOD = 1;    //use the 2nd largest detail level. the most largest 0 is better.

 之前我也考虑过类似的问题, 比如一个block如果是平的,那么就使用固定的最低细节的LOD。 这个想法我也是开的脑洞,看起来非常简单,但是实现起来有很多坑:

 

1.LOD链接问题

通常的LOD索引方法,只处理了相邻两级LOD的缝合链接: LODn--- LODn+1  (1:1),中间不会有2级以上的跳变。但是如果一个block是固定的级别f,那么对于所有的LOD级别,要处理LODf--LODn的缝合问题。

如果固定LOD级别f有n个,数量就是n:n(n对n),index buffer会呈指数级增长,非常浪费。如果固定LOD级别f比较少,比如只有两种: f=0 和 f=max(LOD),实际上index buffer的数量不会太多,

只需要生成2:n (2对n)的缝合。实际上1种或者两种就足够了,f=max(LOD)是针对平的地形block的优化,可有可无,一般地形里面纯平的地面比较少,除了像城市这种场景,里面可能会多点。

另外一种避免浪费的思路是,把中间和四个边的index buffer 拆开,因为中间是大部分index buffer的内容,边上的skirt缝合数据非常少,不管是1:1还是n:n,基本都可以忽略不计。这样每个block要分2个draw call,数量会double,但在开启批次合并时并没有损失

 

2.LOD morhping的问题

如果一个block使用了固定LOD,顶点不会有任何改变,那么这个block的morphing已经没有意义了。原来的morhping数据反而会对固定LOD产生影响,导致一些不必要的高低起伏,表现为一些奇怪的凸起。

比如vertex buffer存储了morphing 高度, 就需要清除掉,使用原始高度,关闭morhping。同时,相邻的那些block, 如果不是固定LOD级别,也要清除掉一排边缘衔接顶点的morphing数据,否则一边没有morhping,另一边有,这样也有问题,会有裂缝。

 

3.LOD 索引生成的方式

假如有一个固定LOD级别f,那么对于f,要生成1对n的缝合。缝合的方式和正常的LODn--- LODn+1缝合方式类似,生成各个边的skirt。

主要问题是生成skirt的方式,可能会影响顶点插值效果。要尽量避免狭长的三角形,因为使用了fixed LOD的block,通常高度或者高度差很大,如果有狭长的三角形,那么他的两个顶点的高度可能差距很大,导致这个三角形的边非常突兀,具体表现为一个非常硬的边和旁边一个凹陷的坑(在加了shadow和AO之后更加明显)。

比如下面的这种就是不好的 (bad tesselation pattern of LOD skirt):

下面这种更好

 

最后发效果截图.。512x512地形, 6级LOD 从远处看:

 

下图是加载范围为1536x1536 (512x3)的地形,6级LOD。可以看到远处山的细节还在,近处纯平面的地形的三角形数量很低 (图中有bug已经修复)

 

另外,目前世界和地形的最大范围为16km(千米),因为原点在(0,0,0),范围为0~16km,损失了符号位的精度。如果将原点设置在-16km,范围为-16km~16km,世界最大范围就能达到32km。

关于最大范围的预估,可以根据IEEE754的浮点数来简单确认,float32的尾数位为23, 而游戏的最小精度大概要1毫米,即10-3,约等于1/1024 = 2-10, 要占用10位,剩下13位,就是8km,加上符号位是16km, 如果精度降低到2毫米,2-9,最大范围可以支持到32km。

如果要支持更大的范围,那么就需要用local坐标系或者类似的方法,或者再加上渲染前直接用物体和相机的相对位置,等等。工作太忙,暂时放后面有时间再做。

 


 总的来说,ChunkLOD虽然比较老,没有充分利用现代GPU的优势,但是也比较适合大型世界,玩法也不算少,而且目前来说更适合mobile。如果是geometry clipmap的话,还没想过如何实现上面类似的效果。

---更新:clipmap也很简单,远处的高山也用高密度网格,采样mip用更高级的miplevel,比如0或者1,效果应该也是类似,但是也要处理缝合。

---更新2:因为clipmap周边低lod网格是空心的“回”型结构,所以高密度网格不管是直接做到这些低密度网格里,还是用缝合衔接,都比较复杂,并不简单。想到的可能方法,至少要对固定LOD的高密度网格分chunk,因为这些网格的形状(高LOD的范围)不固定。

posted on 2017-07-30 20:09 crazii 阅读(...) 评论(...) 编辑 收藏