Unity4.3 遮挡剔除:基本知识

Posted 2020-07-09 alps_01

http://blogs.unity3d.com/2013/12/02/occlusion-culling-in-unity-4-3-the-basics/

 

这篇博文由Umbra Software的Jasin Bushnaief所写，旨在解释Unity4.3遮挡剔除的更新。

Unity4.3包含了大量的改进。全新的子系统之一包括遮挡剔除。不但简化了界面，剔除运行本身也改写了，还添加了一些列的新功能。

在这个系列的三篇博文里，我将介绍Unity4.3的新遮挡剔除系统的使用方法。第一篇讲完成遮挡剔除以及使用用户界面的基本方法；第二篇主要讲有效遮挡剔除的最佳实践；第三篇讲一些常见问题以及解决方案。

先从基本的开始讲起。遮挡剔除是指消除隐藏在其他对象中所有对象。这意味着在隐藏的东西上不会浪费资源，让游戏运行更快更美观。在Unity里，遮挡剔除依靠中间件组件：Umbra，由Umbra Software开发。Unity中控制Umbra的UI，在Window -> Occlusion Culling,Bake Tab下。

 

Umbra如何工作

Umbra的遮挡剔除过程大致可以分为两个不同的阶段。在编辑器里，Umbra处理游戏场景，游戏运行时使可见查询在播放器中执行。所以第一，Umbra需要把游戏场景作为输入，并bake成一种轻量级数据结构。Bake的过程中，Umbra首先把场景解构成voxel，然后把voxel组成cell，并将其与portal结合。这个数据，除了一些其他的重要片段，被称为Unity的遮挡数据。

运行时，Umbra执行软件入口格栅化为深度缓冲，与可被检测的对象可见性相反。实际上，Unity给了Umbra一个相机位，Umbra回馈为可见对象 的列表。可见性查询通常是保守的，意味着不会返回假阴性。另一方面，有些对象被Umbra视为可见，即使在现实中明显不是。

注意到这一点很重要，这个系统类似于以前的Unity版本，整个系统已经基本被重写了，很多地方都变得更好，无论是内部还是外部。

 

如何使用Umbra
获得遮挡剔除的最佳实践有几个明显的顾虑。理想的，你想尽快得到最小限度保守的结果。然而，关系到权衡。越想要精确，就越要产生更高分辨率的数据。运行时 遍历高分辨率数据很慢，产生较慢的遮挡剔除。如果遮挡剔除比它剔除保存的需要更多帧时间，这明显没有意义嘛。另一方面，非常快速的剔除也没有什么帮助，除 非只有几个对象被剔除。所以这是一个权衡的问题。

Umbra权衡的方式是定义一对bake参数。参数决定bake过程应该期待什么样的输入类型，产生什么样的数据。在运行时，使用Umbra很简单，如果你已经bake了遮挡数据，并且相机有在Inspector启用遮挡剔除，Unity就会自动使用Umbra。

 

最小的孔

输入由最小的孔参数控制。当三维像素化遮挡几何，最小孔映射几乎直接到体素尺寸。这意味着如果几何体包含你意料之中的孔、缺口或裂纹，使用比这些还小的最 小的孔是个不错的想法。另一方面，很多时候，几何包含许多意外的裂纹，这些是你不希望看到的。一个合理的提速分辨率将修补这些。它或许把最小孔作为烘焙的 “输入分辨率”。

注意设置最小孔为小值意味着烘焙会慢的令人无法接受，或者占用大量的编辑器内存。在某些罕见的情况下，它甚至会由于烘焙不足导致烘焙失败。使用一个较大的 值则会快很多，并且内存友好，它可能导致Umbra识破不了壁炉或栅栏之类的东西。所以更大并不一定总是好的。通常，一个没有不可见错误的尽可能大的最小 孔是可取的。实际上我们发现5cm到50cm对大多数游戏来说效果非常好。Unity的默认值是25cm，这是一个很好的起点。

最小遮挡
最小孔主要处理输入几何体的类型，最小遮挡决定产生什么样的输出数据。本质上说，你可以把最小遮挡看做数据的输出分辨率。值越大，运行时执行遮挡剔除的速 度就越快，但以增加守恒性（误报）为代价。值越小，产生的结果越精确，但是更加耗费CPU时间。显然高分辨率数据将意味着更大的遮挡数据规模。

较小的值意味着遮挡数据里捕获了非常好的特性。Hood之下，这直接映射到Umbra建立多大的cell。许多小的cell意味着它们之间有很多小的入口，自然，这将花费更多来格栅大量的小入口，反之亦然。

改变最小遮挡的效果可以在下图中看出来，请注意如何深度缓冲，这基本上是Unbra看到的，随着最小遮挡的增大细节逐渐损失。

在大多数游戏里，保持最小遮挡比player稍大，所以在几米范围之内是不错的。所以2-6米之间是可以的，只要游戏规模不是特别小或特别大。Unity的默认值是5.

 

背面阈值

也许最难掌握的参数是背面阈值，在大多情况下不需要改变，有些情况可能会派上用场，帮助了解它如何影响数据的产生。

首先，注意参数存在的目的只有一个：遮挡数据大小的优化。这意味着入伙遮挡数据没有问题，你只需无视背面阈值。第二，该值被译为百分比的形式，所以90意味着90%，等等。

那么背面阈值的价值所在是什么？想象一个典型的场景，由实体对象组成，此外，还可能有正常向上的地形网格。这样一个场景，相机应该在哪里呢？肯定不在地形 下面。你肯定也不想相机在实体对象里面。这些无效的地方也是你倾向于看的背向三角形。所以在很多情况下，在场景的任何地方做假设是安全的，从相机看到了很 多背向三角形，是无效的一个，意味着游戏中的相机永远不会结束在这些位置。

背面阈值有助于利用这一事实的优势。通过定义从任何有效相机位置可以看到多少背向几何极限，Umbra可以剥去超过这个阈值数据的所有位置。这在事件中如 何工作只要通过拍摄光线在所有cell做随机抽样，然后看那些线有多少击中背向三角形。如果阈值超过，数据会丢弃cell。有一点要注意：只有遮挡有助于 背面测试，并且遮挡面不承担任何相关性。100的值完全禁用背面测试。

所以，如果背面遮挡若设为70，例如，对Umbra来说意味着场景的所有位置，超过70%的可见遮挡结合没有面对相机，会被遮挡数据剥离，因为现实中相机 绝不会在那里结束。自然不需要从地形之下正确执行遮挡剔除，例如，无论如何相机都不会在那里。在某些情况下，这可能产生相当重要的数据大小存储。

从遮挡数据中剥除这些位置意味着遮挡剔除在这些地方未定义。“未定义”，在这里意味着结果可能是正确的、不正确的（非常随机），或者返回错误。在错误的情况下，所有的对象都是简单的视锥剔除。

当然在某些情况下，恰好是在有效的相机位置有一些数量的背向几何。或许有一个片面的网格，可能错误地被标记成遮挡。如果是一个大的，或许会触发附近区域的背向测试触发器，造成剔除错误。这就是Unity中背面阈值的默认值为100的原因，意味着该功能是默认禁用的。

随意实验参数。试着将值减少到90，例如放弃地形下的大量数据。看看在遮挡数据规模上是否有明显的效果。如果你愿意，你甚至可以把值设置的更小。记住这只是你自己的冒险尝试。如果你开始渲染，把值设置回100，看看是否能解决问题。

未完待续……

在下一篇博客中，我将给出一些最佳实践以及获得最佳遮挡剔除的建议。同时，请访问www.umbrasoftware.com获得Umbra的相关信息。