《孤島驚魂5》中的地形渲染技術-網格生成

育碧作為一個年貨大廠，在PCG這方面肯定有很深的積累，在GDC2018的這次分享中，其詳細的介紹了地形在純GPU管線上的實現方式，使得最終能夠得到一個擁有大片懸崖峭壁的真實地形。

本文是筆者看完FarCry5的分享後寫的個人理解，初次學習GPU管線，難免有理解錯誤的地方，希望大佬指正


本次分享依次介紹了以下內容

1.GPU Pipeline實現

2.地形渲染

3.懸崖渲染

4.高度圖之外的技術

5.基於螢幕空間的渲染

6.其他地形相關

GPU Pipeline實現

首先說一下單個平面的實現


先渲染一個毫無起伏的純平面Mesh


在頂點著色器中，根據InstanceID和vertexId可以得到在高度圖上的對應位置，依據此位置去對頂點進行偏移


配合貼圖可得到以上效果


之後介紹瞭如何將四叉樹的分化邏輯移到GPU，四叉樹的CPU實現已經介紹過了，這裡不再細講

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



按2km*2km對地形劃分為多個樹結構

分化到最大的地形塊邊長為64米，被稱為一個Sector，總共有160*160個sector，也就是如果所有樹分化到最大，會存在160*160個lod最大的地形塊

正常遊戲中會載入大概500個地形塊（包含任意lod等級）


正常遊戲中，地形一共存在6個lod等級

每一個樹結構都對應一個mipmap,mipmap的層級和lod層級相同

每一個Node的資訊都儲存在對應Mip等級mipmap的一個畫素中


畫素值是一個16位的Index，根據這個index，可以去Buffer，也就是一個陣列中去拿到節點的詳細資訊，包括高度範圍，lod資訊，貼圖位置資訊

如果這個節點是不存在的（地形不是一個標準正方形），則會把一個特殊值賦給index

四叉樹是一個遞迴的結構，但遞迴難以在GPU上實現，所以這裡採用該演算法的迴圈形式

一共存在3個儲存節點資訊的buffer

首先把根節點放入bufferA，遍歷其中每個節點


如果不可分化，則將該節點加入FinalBuffer


如果可分化，則將子節點放入bufferB


當根節點分化完畢，會互換AB兩個buffer的作用，清空BufferA，然後遍歷bufferB，將子節點加入bufferA。直到處理完所有lod


同時也會將每個lod的節點有多少記錄下來


這裡還說了一個優化，但筆者沒用過computershader，所以也沒看懂~


同時會生成一個LODMap，每個Sector都會被賦予一個LOD值，用於解決裂縫問題。



LOD的值能夠根據FinalBuffer輕鬆獲取


每一個Node會被分為64個Patch，Patch即可視為一個具體的vertex

為16*16的Mesh，經過一系列cull，最終把可視的Patch放到一個RenderLst.



遮擋剔除採用的Hiz，主機上會採用純Gpu實現，Hiz的演算法知乎上有很多文章，之後有時間我也會按自己的理解寫一下。

而PC則會把CPU上產生的深度圖上傳到GPU（這裡我的理解是cpu上有剔除邏輯，會把中間生成的深度圖傳至gpu進一步剔除，但是ppt沒講為什麼這麼搞）

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

On PC we have a software rasterized occlusion buffer that we already use for CPU visibility which we upload to atexture.


背面剔除，針對每一個Patch，會離線為其生成一個圓錐體，這個圓錐體Patch內所有頂點法線組成的最小圓錐。之後會把資訊存到一個Tex中。


執行時直接如上計算可以判斷是否需要剔除


每一個patch都會儲存它周圍節點的lod資訊，如上圖，當前節點lod為3，通過周圍節點的lod可以得到一個值。根據此值對頂點進行干預以解決裂縫問題



地洞渲染的思路是地形上開兩個洞，中間的管道採用單獨的mesh渲染


這裡用到了一個小技巧，如果是洞穴口，則讓座標除0得到NaN，如果一個頂點座標為NaN,則用到此頂點的面片都會被discard掉。

PPT下載：

連結：https://pan.baidu.com/s/1nRoaaoYI7ln0wyo6Sqppiw

提取碼：4jly

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作者：風和雨林
專欄地址：https://zhuanlan.zhihu.com/p/88859361