本演講介紹巫師3使用Umbra實現的遮擋剔除技術。

筆記略過了一些過于平凡的實現細節，包括流的加載，如何向Umbra提交數據；也略過了一半以上關于“游戲應當如何選擇中間件”的討論。

Umbra 3

Umbra是一個芬蘭中間件公司，做出核心技術之后，于2007年成立，專注于解決3d可見性。可以看到國外的創業公司相當的小而美，公司2014年的時候只有14個雇員，居然還分到了兩個國家：在西雅圖有自己的銷售分部，面向全球銷售。最近搜了下已經有4個銷售部了。另一篇文章中提到巫師3使用Simplygon做LOD，可以發現國外有不少中間件公司，這些公司可能很小，但是相當專業。

在和各公司密切合作的過程中，Umbra會根據對方的需求（例如Bungie公司），對技術做相應演進。使用Umbra技術的產品包括：
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• Call Of Duty-Ghost
• Destiny
• KillZone-Shadow Fall
• The Witcher 3-Wild Hunt
• Unity（按：Unity確實是使用Umbra作為中間件的。不過應該不支持動態拼合）

Wichter 3的引擎團隊與中間件選擇

Wichter2開始使用自研RED Engine，現在是第三代。巫師2加強版是2012，巫師3是2015，比前作大35倍，開發了一個復雜的流式加載系統，改造了很多美術工作流工具。引擎團隊50人左右，其中有16名左右的程序員，其他是QA和本地化人員。

選擇中間件，最主要的理由是人力限制：你永遠沒有足夠的人力來做所有細節。選擇要點：
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• 文檔和支持
• 最好有源代碼
• 最好能為項目做定制需求

選擇和實施時的技術要點
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• 內存管理：最好能定制分配器，以便跟蹤庫的內存使用情況
• 最好支持多線程。Umbra的烘焙和查詢都支持多線程

巫師3使用的中間件
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• Umbra 3
• PhysX，以及其擴展插件APEX
• SpeedTree
• Wwise
• Scaleform

Umbra方：剔除數據的流式加載

Umbra是這么工作的：輸入需渲染的所有多邊形集合，稱為多邊形湯，離線預處理后生成遮擋數據卷（tome）。對數據卷進行查詢返回可見物體。他的最大優點是自動化：
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• 不需要手工標記
• 不需要美術進行簡化，直接輸入渲染用的多邊形集合

所以對于美術和程序來說非常友好，你只需要提供直接的數據就可以了。
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此時Witcher3的需求是：
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• 大型開放世界，所以無法用人工方式處理。這很適合Umbra全自動流程
• 流式加載，并需要處理LOD，這個是需要解決的

流式加載

為了實現流式加載，Umbra將世界切成矩形地塊，分開烘焙，每個地塊一個數據卷。在運行期，根據攝像機的當前坐標和視距，加載局部地塊的數據卷，然后通過計算合并為一個綜合的遮擋數據卷集合，提交給渲染系統查詢。出區域的地塊可以被卸載。

對于Umbra來說，這個算法的實現難點在于：
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• 每個塊必須獨立。即使計算遮擋數據特別是在邊界時，非常想利用其他塊的數據，也是不行的
• 邊界的匹配。鄰居塊的設置參數可能不一樣，有時候需要使用很巧妙的技巧
• 計算必須非常快，必須在幾毫秒內完成。基本上都是每幀或者隔幀查詢。

不過，在演講后有人提問的情況下，都沒有解釋任何具體算法。
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左圖：預處理的分塊。右圖：根據攝像機視野判斷的需加載數據塊

LOD

要實現LOD，必須防止同一個物體的不同LOD將自己遮擋了。Umbra使用一個很簡單的方案，嚴格區分遮擋者與被遮擋者兩個概念，只有LOD0（即最高精度的版本）有遮擋能力，其他LOD都只能被遮擋。

Umbra查詢后直接返回LOD。每級LOD有一個激活距離，通過距離做裁剪，這樣做極大提高了查詢性能。此外，可以手工指定距離計算使用的參考點，得到更高清的LOD版本，以便處理放大鏡頭。

Umbra考慮過更復雜的策略，例如，按屏幕面積選擇LOD等級；又如，使用所有LOD的交集，而不是直接使用最精細的LOD0來計算遮擋（按：這是理論上最準確的結果，可能也會小幅加速）。但是總的來說，目前的簡化方法是足夠管用的。

流式加載的過程和效果

為了調試，提供了一個自由攝像機系統，二手手機轉讓平臺可以暫時離開主角，觀察當前的流式加載狀態。此外將流式加載的過程、內存占用、模型統計、Umbra的統計數據可視化。

32:00開始有一段移動過程視頻。其中綠色表示已加載的塊，黃色表示流式加載中的塊（加載是異步的）。

同一個城市的三種情況。第一個是典型的情況：主角在城鎮門口，第三人稱相機。只有城市前面的物體被顯示，其他被剔除。
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最差的情況：從天空鳥瞰城市，整個城市基本都可見。
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最好的情況，主角在小巷中，玩家只能看到非常少的建筑物。此時：
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• 加載了43個遮擋數據塊
• 遮擋數據塊共61M，外加動態生成的數據塊間數據15M
• 62000個模型塊(Mesh Chunk)
• 500個模型塊可見
• 1.8ms查詢時間

其中模型塊是模型的子部件，如下圖綠色部分為不同的模型塊。剔除以模型塊為單位，所以可以只看見一個塔的塔尖。
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此外，該遮擋系統通過包圍盒支持動態物體，可以剔除包括：
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• 粒子特效
• 蒙皮mesh
• 模擬mesh（按：不知道是啥）
• 貼片，包括動態和烘焙的

數據生成

使用專門的服務器組，在每夜構建時生成全部數據。同時，可以在編輯器里面手工更新。每個地塊256*256m。烘焙時間最少幾秒，最復雜的地塊需要15~20分鐘。

實測性能

Skillige島嶼
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• 8*8km
• 平均加載45000~50000個模型塊
• 平均可見1~5%
• Umbra數據~300M(數據+ID表)
• 40~80M內存占用

Novigard城（剛才圖片中的城市）
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• 8.5*8.5km
• 平均加載超過100k個模型塊
• 平均可見2~5%
• Umbra數據~250M
• 45~80M內存占用

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43：40開始展示漫游過程，推薦看一下，可以看到模型塊拆分得非常細：
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• 視頻中房頂的兩個側面是兩個塊
• 最近處左下角房頂的正面的綠色草，就有3~4個塊，在視角移動時開關。

陰影圖目前還沒有使用剔除系統，但是理論上用起來很簡單，只需要先提交投影方向的查詢就行。物理部分也沒有使用該系統。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的大地图开发管理：《巫师3》Umbra遮挡剔除技术的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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