創(chuàng)建3D森林的時候不僅需要關(guān)注藝術(shù)技巧，更需要了解擁有什么資源以及如何進行放置。其中最重要一項需要考慮是：一個茂密森林的密度以及隨之而來的性能優(yōu)化。

問題

解決森林優(yōu)化的方法有很多，但是關(guān)于如何創(chuàng)建資源的通用指南卻不多。不過關(guān)于森林優(yōu)化有一樣事情是共通的，即頭號敵人都會是繪制調(diào)用（Draw Call）。

雖然多邊形數(shù)量也很重要，但是問題并沒有那么復(fù)雜。你只需要知道一個合理的目標值。

下面是一些我所制作的植物資源以及它們的多邊形數(shù)量，可作為對應(yīng)合理數(shù)字的參考。如果發(fā)現(xiàn)需要大量的Alpha Card才能獲得所需的樹冠豐茂程度，你可以在紋理中增加樹葉的覆蓋量。

還有過度繪制（Overdraw），當在Alpha Card和對象之間存在大量重疊時會發(fā)生過度繪制。我沒有考慮或關(guān)注過它，我不打算修改樹的輪廓以減少重疊。實際上，我不會為除了使它們看上去更美之外的任何原因去修改樹木的輪廓。我也不打算修改森林的布局，以避免植物重疊。讓森林真實而又不必操心過度繪制太難了。所以我把精力主要集中到了降低多邊形數(shù)量和繪制調(diào)用上。

計劃

要解決這個問題，我們需要一個計劃。大多數(shù)的計劃要求在開始創(chuàng)建森林的時候，就考慮到優(yōu)化策略。如果森林由來自不同來源的資源組成，可能很難做到這一點。減少繪制調(diào)用的策略有很多，在本文中我將分享我所使用的策略。

我的目標是將LOD1網(wǎng)格（第二個LOD階段）組合為巨型網(wǎng)格，這樣當玩家移動到遠處時就可以整合繪制調(diào)用。我計劃中的第一步是讓森林里的所有東西，或者可能接近的東西都使用同一個材質(zhì)。

森林中所使用到的資源都共享同一種材質(zhì)。因此我需要所有的植被從同一個材質(zhì)采樣。

選擇這樣做的原因，是因為可以確保任何一簇的植被資源在合并時，都能成功整合成一個繪制調(diào)用。如果每棵樹或草都使用唯一的材質(zhì)，合并后的網(wǎng)格可能會擁有許多子網(wǎng)格，從而產(chǎn)生許多繪制調(diào)用。

我為需要的資源準備了一個2048x2048的區(qū)域，然后在創(chuàng)作的過程不停地將它們添加進去。這個過程是可以自動化，需要通過腳本修改所有植被資源的UV，不過有時候手工的方式效率更高。

分組

最終的目標是合并，但首先需要確定合并的方式。生成一個超級大的網(wǎng)格不是什么好主意，這有二個原因：

• Unity中的網(wǎng)格索引緩沖區(qū)是16位的，這意味著每個網(wǎng)格最多只能有64k頂點。

  請注意：Unity2017.3及以上版本已經(jīng)正式支持32位的索引緩沖，所以這已經(jīng)不是問題。

• 無法對單獨的分組使用LOD或從視錐體和遮擋剔除中獲益，因為整個森林將是一整個網(wǎng)格。繪制調(diào)用將會很好很少，但是三角形數(shù)量可能多得嚇人。我們還是可以用一些額外的繪制調(diào)用去拯救大堆的三角形的。

進入六邊形網(wǎng)格。我編寫了一個腳本，把所有的植物自動分到一個個六邊形網(wǎng)格中。我選擇了六邊形而不是正方形，是因為六邊形更接近圓，在進行玩家和每組之間的距離檢測時可以更加精確。如果使用正方形，則會有一些角落離玩家太近。

六邊形分組隨后會被組成一個個超級六邊形。在一個特定超級六邊形中的每個常規(guī)六邊形都是處于LOD2狀態(tài)，超級六邊形會切換到一個合并版本的LOD2六邊形，進一步整合繪制調(diào)用。

為什么不簡單的使第一個六邊形網(wǎng)格中擁有更大的六邊形呢？因為更小的六邊形可以在過渡到遠的LOD時，能擁有更好的粒度控制，以及更精確的剔除。當物體足夠遠，多邊形夠低時，它們可以被合并成更大的六邊形。

合并

在最初構(gòu)建系統(tǒng)的時候，我合并了LOD0以及LOD1，但這樣占用的內(nèi)存太多。它會使高多邊形版本植被資源的頂點都擁有唯一的內(nèi)存占用，因為每一個合并的網(wǎng)格都是唯一的。此外網(wǎng)格越大，視錐體剔除效果就越差，最后導(dǎo)致更多額外的三角形被繪制。很可能會離LOD0六邊形很近，或站在它們之上，因此視錐體剔除不精確的問題會更加突出。

我發(fā)現(xiàn)僅合并LOD1可以達到最佳平衡。LOD1多邊形足夠低，占用內(nèi)存少，但節(jié)約的資源最多，所以我加載的世界其大部分將是處于LOD1狀態(tài)的。

在Unity中進行網(wǎng)格合并沒那么輕松。我必須要自己編寫腳本，因為資源商店里的那些腳本無法處理子網(wǎng)格或頂點顏色。我選擇不使用內(nèi)置的LOD組件，因為它也僅是一個數(shù)據(jù)容器而已，六邊形分組會處理LOD切換。我簡單的使用了一個MonoBehaviour，并引用了處于未激活狀態(tài)的子游戲?qū)ο?#xff0c;這樣可以輕松的從渲染器獲得材質(zhì)與子網(wǎng)格了。

使用六邊形組進行LOD化和剔除

有件重要的事情要了解：Unity內(nèi)置的LOD組件性能不佳。特別是當所有的草叢上都有這個組件的時候，在CPU上會進行有許多的距離檢測。將世界劃分為整潔的六邊形組有很多好處，其中之一就是可以對每一個組進行距離檢測，而非每一個子對象。然后將整個組的LOD都設(shè)成一致。我甚至還有一個用了著色器中的Alpha cutoff屬性的動畫過渡。

分組的另一個用途是作為一種動態(tài)遮擋剔除來使用。我不使用Unity的內(nèi)置遮擋剔除，因為覺得它與多場景兼容的不是太好。分組數(shù)量不多，在運行時完全可以對它們進行幾個射線投射，確定六邊形組是不是在視圖中被完全遮擋。

我沒有在每一幀進行這些射線投射，我僅僅在翻過山丘和拐彎時會提前留些余量做檢測。不可能對所有對象這么做，成本太高。但對一個由20-50個對象組成的組做一些射線投射，還是可行的，特別是這些檢測隔幾幀才做一次。我只對地形進行遮擋檢測，因為一個森林里沒有什么東西能夠確保是被完全遮擋的。

創(chuàng)作平滑LOD過渡

一個平滑的LOD0到LOD1的過渡通常要比一個基于LOD0的低多邊形要好。如果過渡夠漂亮，就可以把LOD距離移得更近些，從而減少屏幕上的總多邊形數(shù)量。

我特別為樹木做的一件事就是按照LOD1的樣子進行創(chuàng)作。我使用3D包中的樹枝實例來構(gòu)建樹。這使我可以為一些單獨的樹枝做一個LOD模型，然后通過將所有實例更新為更低多邊形的版本，創(chuàng)造完整的LOD1。

地形

地形有點超出了本文討論范圍，請注意：我沒有使用Unity的內(nèi)置地形系統(tǒng)，因此我的所有植物都是常規(guī)的游戲?qū)ο蟆?/p>

我選擇使用常規(guī)網(wǎng)格而非地形系統(tǒng)，有三個原因：

• 默認的Unity地形系統(tǒng)性能不佳，它會產(chǎn)生數(shù)百個額外的繪制調(diào)用和上千個分布糟糕的多邊形。使用常規(guī)網(wǎng)格可以按照需求來控制多邊形分布。

• 為默認地形系統(tǒng)編寫著色器很受限制。

• 我有許多的洞和懸垂物。我使用的著色器非常簡單，它是一個帶宏覆蓋和法線的三通道Vertex Splat。

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底紋

使植物著色器的一般性能，又稱為像素填充率合理優(yōu)化十分重要。

如果使用的是延遲渲染路徑，那么將植物著色器完全延遲可以節(jié)省大量的渲染時間。我曾使用的是正向渲染，當我了解如何讓相同的著色器使用延遲渲染之后，節(jié)省了30%的渲染時間。

創(chuàng)建具有半透明度的完全延遲著色器并不簡單，因為需要訪問通常在延遲著色器程序里無法訪問的光線衰減。我使用了一個帶自定義光照模型的表面著色器，它把一個非常低保真度半透明遮罩寫入到G-Buffer中未使用的2位 (RT2的alpha)。然后我在Internal-DeferredShading.shader里添加了半透明函數(shù)。

光照烘焙

為森林中的所有植物烘焙光照將會產(chǎn)生很大的光照貼圖內(nèi)存使用量，在生產(chǎn)階段難以接受的烘焙時間，而且最后結(jié)果看起來也并不是那么好，因為Alpha Card通常不會生成太好的烘焙效果。我將光照探頭用于比建筑物小的任何東西。我為樹使用光照探頭代理體，這樣樹冠部分就能有一個到更淺顏色的漂亮漸變。

由于樹不是靜態(tài)對象，因此無法被光線映射器所見。我需要一種可以手動將探頭包圍區(qū)域變暗的方式。我編寫了一個簡單的腳本，將某個給定代理體內(nèi)所有探頭按所選的顏色進行染色。

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其它技巧

對樹的上半部分使用LOD1： 有些樹足夠的高，你可以讓樹冠部分保持低多邊形。

枯樹，或沒有樹冠的樹干：想要達到想要的樹冠密度，在沒有樹冠的情況下增加樹干是一種可以使森林看起來更厚的節(jié)約做法。

巨量面片資源 ：在地圖中較平坦的部分，可以將大量草的面片合成單個對象，從而減少繪制調(diào)用，即使目標對象還處于LOD0/未合并狀態(tài)。

總結(jié)

下面是對茂盛森林與植被進行的性能優(yōu)化的總結(jié)。

• 繪制調(diào)用很可能會成為最大的問題。你需要有一個計劃去減少它們。

• 多邊形數(shù)是相對簡單的問題，只要確保每個資源的三角形數(shù)量合理。

• 我忽略了對于過渡繪制的考慮，因為無法在不破壞美觀的前提下做到它。

• 所有的植被紋理都圖集化到了一個材質(zhì)，確保合并網(wǎng)格能成為單個繪制調(diào)用。

• 我使用分組系統(tǒng)，將所有網(wǎng)格的LOD1都合并到一個組里。

• 我沒有合并LOD0，因為它們的多邊形太高，占用太多內(nèi)存。

• 分組不能太大，否則無法從視錐體或遮擋剔除中獲益。

• 我使用自定義的LOD化腳本，因為我是根據(jù)分組而非對象進行LOD切換。

• 我使用自定義的網(wǎng)格合并腳本，處理頂點顏色和子網(wǎng)格。

• 我手工制作的植被資源，經(jīng)常在提前做好LOD1的計劃。

• 可以將Alpha cutoff動畫化，制作更平滑的過渡。

• 我使用常規(guī)網(wǎng)格，而非Unity的內(nèi)置地形系統(tǒng)。

• 我編寫了一個完全延遲的植物著色器，以保持低像素填充率。

• 我使用光照探頭來為森林提供照明，并為森林中的包圍區(qū)域使用自定義染色體。

以上內(nèi)容就是在經(jīng)過多次試錯后形成的結(jié)果，我將它用于世界中的許多對象，并不僅僅是針對植被。當有許多同類對象時，例如：木桶或巖石，它也能工作得很好。最好的情況下，一個對象的多個實例會被整合到單個繪制調(diào)用，而最壞的情況下，也僅是跟原先保持相同數(shù)量的繪制調(diào)用而已，不過會消耗更多的內(nèi)存。

作者：何三思
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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的在Unity中对森林植被进行优化的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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