《孤岛惊魂5》中的地形渲染技术-网格生成

育碧作为一个年货大厂，在​PCG​这方面肯定有很深的积累，在​GDC2018​的这次分享中，其详细的介绍了地形在纯​GPU​管线上的实现方式，使得最终能够得到一个拥有大片悬崖峭壁的真实地形。

本文是笔者看完​FarCry5​的分享后写的个人理解，初次学习​GPU​管线，难免有理解错误的地方，希望大佬指正


本次分享依次介绍了以下内容

1.​GPU Pipeline​实现

2.地形渲染

3.悬崖渲染

4.高度图之外的技术

5.基于屏幕空间的渲染

6.其他地形相关

GPU Pipeline​实现

首先说一下单个平面的实现


先渲染一个毫无起伏的纯平面Mesh


在顶点着色器中，根据​Instance​ID​和​vertexId​可以得到在高度图上的对应位置，依据此位置去对顶点进行偏移


配合贴图可得到以上效果


之后介绍了如何将四叉树的分化逻辑移到GPU，四叉树的CPU实现已经介绍过了，这里不再细讲

https://zhuanlan.​zhihu.​com/​p/​88646346



按2km*2km对地形划分为多个树结构

分化到最大的地形块边长为64米，被称为一个Sector，总共有160*160个sector，也就是如果所有树分化到最大，会存在160*160个lod最大的地形块

正常游戏中会加载大概500个地形块（包含任意lod等级）


正常游戏中，地形一共存在6个lod等级

每一个树结构都对应一个mipmap,mipmap的层级和lod层级相同

每一个Node的信息都保存在对应Mip等级mipmap的一个像素中


像素值是一个16位的Index，根据这个index，可以去Buffer，也就是一个数组中去拿到节点的详细信息，包括高度范围，lod信息，贴图位置信息

如果这个节点是不存在的（地形不是一个标准正方形），则会把一个特殊值赋给index

四叉树是一个递归的结构，但递归难以在GPU上实现，所以这里采用该算法的循环形式

一共存在3个存储节点信息的buffer

首先把根节点放入​bufferA，遍历其中每个节点


如果不可分化，则将该节点加入​FinalBuf​fer


如果可分化，则将子节点放入​bufferB


当根节点分化完毕，会互换​AB​两个​buffer​的作用，清空​BufferA，然后遍历​bufferB，将子节点加入​bufferA。直到处理完所有​lod


同时也会将每个lod的节点有多少记录下来


这里还说了一个优化，但笔者没用过​computer​shader，所以也没看懂~


同时会生成一个LODMap，每个Sector都会被赋予一个LOD值，用于解决裂缝问题。



LOD​的值能够根据​FinalBuf​fer​轻松获取


每一个Node会被分为64个Patch，Patch即可视为一个具体的vertex

为​16*16​的​Mesh，经过一系列​cull，最终把可视的​Patch​放到一个​RenderLst.



遮挡剔除采用的Hiz，主机上会采用纯Gpu实现，Hiz的算法知乎上有很多文章，之后有时间我也会按自己的理解写一下。

而PC则会把CPU上产生的深度图上传到GPU（这里我的理解是cpu上有剔除逻辑，会把中间生成的深度图传至gpu进一步剔除，但是ppt没讲为什么这么搞）

On console platforms we use a GPU best occluder pass to prime the depth buffer and extractt​heHTile.

On PC we have a software rasteriz​ed occlusion buffer that we already use for CPU visibili​ty which we upload to atexture.


背面剔除，针对每一个Patch，会离线为其生成一个圆锥体，这个圆锥体Patch内所有顶点法线组成的最小圆锥。之后会把信息存到一个Tex中。


运行时直接如上计算可以判断是否需要剔除


每一个patch都会存储它周围节点的lod信息，如上图，当前节点lod为3，通过周围节点的lod可以得到一个值。根据此值对顶点进行干预以解决裂缝问题



地洞渲染的思路是地形上开两个洞，中间的管道采用单独的mesh渲染


这里用到了一个小技巧，如果是洞穴口，则让坐标除​0​得到​NaN，如果一个顶点坐标为​NaN,则用到此顶点的面片都会被​discard​掉。

PPT下载：

链接：https://pan.​baidu.​com/​s/​1nRoaaoYI7ln0wyo6Sqppiw

提取码：4jly

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作者：风和雨林
专栏地址：https://zhuanlan.​zhihu.​com/​p/​88859361