Работа с виртуальным миром

Система уровней детализации включает еще один параметр — опорный объект. Этот параметр задает границы, от которых отмеряется расстояние перехода между LOD-ами. Можно отмерять расстояние от самой поверхности или от какой-либо из поверхностей или нод выше по иерархии в этой ветке. Для каждой поверхности указываются два опорных объекта:

Для примера возьмем модель дома. Когда камера находится рядом, видны высокополигональные детализированные поверхности, такие как арка над дверью, каменная кладка углов дома, объем круглого окна и черепицы. При увеличении расстояния между камерой и объектом все эти поверхности должны одновременно заменяться на одну-единственную низкополигональную и менее детализированную поверхность.

Высокополигональная модель

Низкополигональная модель, используемая в качестве менее детализированной поверхности

Проблема заключается в том, что у всех этих детализированных поверхностей разные ограничивающие контуры (bounding box). Поэтому если границы видимости измеряются от самих поверхностей (установлено значение 0 для Min Parent и Max Parent), может произойти ситуация, когда смена LOD-ов различных частей дома происходит неравномерно, так как их границы находятся на разном расстоянии от камеры. Это может спровоцировать визуальный дефект под названием z-fighting, когда одна поверхность проглядывает сквозь другую. В нашем примере на рисунке ниже дальний угол еще не переключился на более детализированную поверхность, а ближний отрисован дважды: высокополигональный угол дома одновременно с низкополигональной поверхностью, представляющей весь дом целиком.

Если мы выставим в качестве опорного объекта ограничивающий контур всего дома (значение 1 для Min Parent и Max Parent), то все поверхности будут переключаться одновременно независимо от того, с какой стороны мы приближаемся к дому.

Еще один вариант — использовать при проверке разные опорные объекты для различных поверхностей. Например, начало видимости (Min Visibility) проверяется относительно самой поверхности, а конец видимости (Max Visibility) — относительно родительской ноды. Разберем на примере кольца, разбитого на поверхности в зависимости от уровня детализации.

Итак, поверхности из крайнего правого столбца будут отображаться, когда камера находится очень близко к объекту. Поверхность из крайнего левого столбца будет отображаться, когда камера находится очень далеко от кольца. Совмещение нескольких поверхностей в одну снижает количество отрисовываемых объектов, тем самым сокращая число вызовов DIP и увеличивая скорость рендеринга.

Обратите внимание, что все точки начала видимости (Min Visibility) здесь измеряются от самой поверхности, а точки конца видимости (Max Visibility) — от другого опорного объекта, родителя. Следующая иллюстрация поможет вам понять, зачем это сделано.

Звездой обозначено место расположения камеры. По сути, не важно, куда будет направлена камера. На обоих изображениях сегменты кольца выбираются в зависимости от положения камеры и расстояния от камеры до соответствующих опорных объектов. Например, на изображении слева верхняя левая часть кольца представляет собой цельную поверхность, правая часть разбита на две отдельные поверхности, нижняя часть также представляет собой цельную поверхность. На изображении справа вся верхняя часть разделена на минимально возможные сектора.

Расстояния измеряются от различных опорных объектов, чтобы правильно "выключать" самые маленькие сектора и отображать вместо них более крупный сектор. Конец видимости (Max Visibility) рассчитывается от родительского сектора, поскольку расстояния до смежных подсекторов могут существенно различаться. Начало видимости (Min Visibility) рассчитывается от текущего сектора, поскольку нам нужно его показать, если камера находится слишком близко к нему.

Двоичное разбиение пространства — это метод разбиения сцены вдоль осей на участки, каждый из которых обрабатывается индивидуально, что упрощает работу со сценой. BSP-дерево представляет собой иерархическую структуру, которая создается посредством разделения и группирования всех данных сцены. Адаптивное поведение оптимизирует алгоритм двоичного разбиения пространства: размеры участков определяются пропорционально обрабатываемой геометрии и распределению объектов в мире.

BSP-дерево строится следующим образом:

1. Сначала создается корневой узел: ограничивающий контур с привязкой к осям (AABB), который охватывает всю сцену.
2. Затем пространство ограничивающего контура рекурсивно делится на два участка разбивающей плоскостью, которая перпендикулярна одной из трех основных осей. В итоге создается два узла дерева, каждый из которых заключается в ограничивающий контур с привязкой к осям. Этот шаг повторяется для каждого из этих узлов до тех пор, пока не будет представлена вся геометрия сцены.
3. Процесс деления останавливается, когда достигается уровень с необходимым количеством нод.
   Примечание

   Если разбивающая плоскость на определенном этапе разбивает объект, то этот объект остается на предыдущем уровне и не спускается дальше по дереву. Такое часто происходит с масштабными объектами, такими как небо или большие здания.

Во время рендеринга движок проходит по всем узлам BSP-дерева и определяет, какие из ограничивающих контуров находятся в пределах пирамиды видимости. Если узел попадает в эти пределы, то проверка повторяется для его потомков до тех пор, пока не будет достигнут дочерний узел, который находится за пределами пирамиды видимости. Для видимых участков производятся все необходимые расчеты, а остальная часть сцены (т. е. объекты, их освещение и физическое взаимодействие друг с другом) игнорируется.

Каждый раз при добавлении объекта в сцену, его удалении или изменении его статуса на коллизионный или clutter дерево автоматически пересоздается. Если изменений не вносилось, дерево остается прежним. Благодаря этому адаптивное двоичное разбиение пространства эффективно не только при отрисовке статичной геометрии, но и при работе с динамическими объектами.

После того как достигнут уровень нода, есть необходимость продолжить разбиение — на уровне меша. Разбивка происходит по тому же принципу: дерево должно быть бинарным и с привязкой к осям. Единственное различие в том, что эти деревья рассчитываются заранее (они генерируются при загрузке мира), поскольку меш является запеченным объектом, и необходимости в динамическом изменении соответствующих деревьев нет. Меш разбивается на следующие деревья:

• дерево поверхностей;
• дерево полигонов.

Эти два дерева обеспечивают основу для быстрых расчетов пересечений и коллизий с мешем.

В больших и сложных сценах со множеством загораживающих друг друга объектов исключение загороженной геометрии позволяет значительно повысить производительность. Наиболее подходящим решением в данном случае будет использовать загораживающие объекты (occluder). Эти объекты позволяют отсекать геометрию, которая находится полностью позади них и поэтому не видна.

Существует три типа загораживающих объектов: загораживающий контур, загораживающий меш и загораживающий ландшафт. Тип загораживающего объекта выбирается в зависимости от геометрии, которую необходимо отсечь.

Однако использование загораживающих объектов для отсечения больших объектов с малым количеством поверхностей может только ухудшить производительность. Также загораживающие объекты неэффективны в сценах с плоскими объектами или когда камера смотрит сверху. Поэтому следует учитывать размеры загороженных объектов и их поверхностей, а также их расположение и позицию наблюдателя при использовании загораживающих объектов.

Еще один способ отсечь геометрию, которая не видна, — использование аппаратной проверки видимости (hardware occlusion query). Такая проверка позволяет снизить число отрисовываемых полигонов, тем самым увеличивая производительность. Для запуска аппаратной проверки видимости в сцене включите флаг Rendering -> Features -> Occlusion query перед отправкой данных на графический процессор. Тогда будут отсекаться все объекты, у которых включен флаг Culled by occlusion query во вкладке Node окна Parameters.

При включении флага отсечения для объекта создается контур проверки видимости. Его размер совпадает с размером ограничивающего контура объекта. Объект будет отрисован только в том случае, если его контур проверки видимости попадает в обзор камеры (окно просмотра).

Аппаратную проверку видимости следует использовать только для тех объектов, у которых тяжелые шейдеры. В противном случае производительность только снизится. Рекомендуется включать проверку для воды или объектов с отражениями.