【渲染】拆解《三国：谋定天下》场景渲染技术

本文目标

• 分析三国：谋定天下的场景渲染技术，提高技术力。主体思路用三谋的，具体实现可能不会完全用和三谋一样的方案
• 集赞，如果点赞收藏超过512，我给大家伙手搓一个三谋场景实现

分析方法

• 三谋官方技术分享
• RenderDoc截帧
• 我寻思大法

使用RenderDoc截帧分析地形实现方法

结论

• RenderDoc可以连上mumu模拟器，连不上雷电模拟器
• 地形一块一块绘制，没有合批
• 三谋截帧中没有看到compute shader的代码
• 三谋使用渲染着色器完成地形表面贴图烘焙、编码，Culling在CPU中完成
• 三谋的场景渲染技术在小程序下也可以使用

RenderDoc调试compute shader

• https://renderdoc.org/docs/how/how_debug_shader.html#debugging-a-compute-thread

渲染着色器中structuredbuffer是否存在？

不存在，根据RenderDoc截帧shader代码，看到使用的uniform data，所以支持opengles3.0

glsl知识

UBO

• Uniform Buffer Object
• UBO通过GL_UNIFORM_BUFFER缓冲类型绑定，常用于只读类型的数据
• 需要ES 3.0，大部分设备都支持
• 可以认为ES 3.0 约等于 WebGL2，所以微信小程序也能跑

Uniform Buffer Objects

• 小容量的结构体数组，一般16k以内
• 需 ES 3.1+

SSBO

• Shader Storage Buffer Object，大容量的结构体数组
• Mali平台使用SSBO会导致early-Z失效
• 需 ES 3.1+

三谋的一些技术数据

• 7级LOD，0到6，每加一层，尺寸翻2倍，面积翻4倍
• LOD6常驻，最小的一块地3.2x3.2平米，LOD6面积204.8x204.8
• 全图1200x1200，1500x1500个格子
• 每一级 LOD 都会加载距离视野中间点最近的 5×5 个地块进内存，一共是 25×7，175 个地块
• 整个场景拆分成 36 个分组，每个分组下面包含了 16 个 Unity 节点，每个节点覆盖了 51.2 米的范围
• 全量导出地形2分钟，增量导出地形几秒
• Splat图
  • Splat 贴图包含了 17×17 个 block，每个 block 包含 32×32 个控制点，并且覆盖 3.1×3.1 米的区域，Splat 的贴图尺寸是 544×544
  • 所有的 Splat 贴图加起来是 53.3 兆
  • 一块地形是51.2米方形，导出544×544的Splat图
  • 渲染 LOD0 到 LOD4 chunk 时，只需要采样一张 Splat 贴图
  • 渲染LOD5往上的地形时，用LODn-1的Splat图合并缩放成544x544尺寸作为LODn的Splat图
  • block 现在是 32×32 的，所以它存储在 ASTC8×8 中是不会有插值问题的，但是如果 block 是 36×36，那就只能是使用 ASTC6×6 或者 4×4 这种格式了，要让它整除 36
• IDMap图
  • IDMap 只有一张全局的，贴图宽度是 24×17 408 个像素，每个 IDMap 的像素需要两个字节存储 4 个 ID
    • 一块地形一个ID图，17x17个block，每个block需要4个id，所以id图应该是17x17，怎么就24x17了呢？

三谋场景渲染优化点

低视角下内存优化

分析

• 从LOD6到LOD0之间的所有资源都会加载，但只显示最低一层的LOD，并且是LOD6到LOD0加载，最终视野内显示的都是LOD0的资源
• 一共36个LOD6的分块，同一时间最多同时显示4块LOD6，所以三谋的内存压力蛮大

优化

• 不加载子LOD的全部分块资源，只加载视野内的地块资源
• LODn的当前视野内child chunk加载完毕后就算加载完成

实现三谋地形方案

思路

• 结构：分块，LOD分父子级
• 资源：Mesh LOD + RVT + RVT自定义编码
• 显示逻辑：LOD0常驻内存，多个LOD同时显示，但只会和差一级的LOD相邻，LOD之间互相不覆盖

编辑器下处理地形

主流程

• 美术制作地形
• 生成模型
• 生成模型LOD：减面后切割地形

制作地形

unity的terrain或者外部软件

生成模型

地形转模型：T4M(terrain for model)

生成LOD chunk资源

• 减面后切割地形，要求地形尺寸是51.2米方形，如果不是则需要输出LOD chunk资源配置文件，事情会变得复杂点，不过可以用来改造老项目
  • LOD模型 = 减面(生成的地形模型, LOD)
  • LOD的分块模型 = 切割(每一层LOD模型)
  • LODn贴图 = 降分辨率(合并分块(LODn-1))
    • splat图
• 对不是地形的物件减面，降分辨率

减面工具

Simplygon：微软出品
https://github.com/huailiang/lod

unity官方
https://github.com/Whinarn/UnityMeshSimplifier

生成LOD资源
https://github.com/Unity-Technologies/AutoLOD

切割模型工具

自己写代码：https://www.bilibili.com/opus/693401957195317251

插件：eazy-slicer

切割地形

根据制作方案切，以unity terrain为例

自己写切割脚本
https://blog.csdn.net/yang973125061/article/details/135480007

Unity Terrain Tools自带的切割工具

TerrainSlicer:可能有缝，需要额外处理接缝，对齐相邻地形即可
https://assetstore.unity.com/packages/tools/terrain/terrain-slicer-180920?srsltid=AfmBOopOV1fHjgjR6BN3eTZ-UCgFOvWjQtQBuKWugWKBQxgKV28xbioQ

Terrain Split and Merge Utility：无缝
https://assetstore.unity.com/packages/tools/utilities/terrain-split-and-merge-utility-209845?locale=zh-CN&srsltid=AfmBOoo3svPC8fi9yF29XKuh7CcBw2sa7ceZp_eaecjt7VGzuyWzUvic

资源构成

地形LOD chunk Mesh，材质，贴图，shader，RVT
物件LOD Mesh，材质

绘制

地形

烘焙
理论上可以使用共265个图层，目前支持16个图层，但单像素只支持4层混合
使用渲染着色器烘焙Albedo + Normal
Albedo = 渲染Albedo(IDMap, Splat, 图层贴图数组)
Normal = 渲染Normal(IDMap, Splat, 图层贴图数组)

RVT = 管理(Albedo, Normal)

地形着色器
Albedo + Normal + Roughness
RG：Noraml，B：Roughness
简化: Albedo + Normal

处理接缝
三谋的接缝是因为加载规则，LODn和LODn+2相邻，贴图精度不一致导致问题，只要让lodn+2采样高精度贴图即可

其它物件

绘制：路、山体、贴花等
采样地形RT把颜色叠加到物体上使用AlphaBlend做融合过渡：根据世界坐标计算归属LOD、chunk，查询Albedo

参考资料

• 三谋分享：https://developer.unity.cn/projects/671f499dedbc2a001e2ddc77
• RenderDoc连mumu模拟器：https://zhuanlan.zhihu.com/p/664975271
• https://renderdoc.org/docs/how/how_debug_shader.html#debugging-a-compute-thread
• 减面：https://zhuanlan.zhihu.com/p/360524404