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发表于 2008-9-23 00:51:00
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Re:开源游戏引擎World Craft中的无缝地形实现 v1.0
贴上原文，大概看一下。。。。
World Craft中的无缝地形实现 v1.0
熊家煜，QY_TEK
Emile：Xjyhust@gmail.com
主页：http://blog.csdn.net/xjyhust
简单说明：
这份文档不是论文，我称之为笔记，或者.note；这份文档free for all，你可以随便使用。如果你想引用，请注明出处http://blog.csdn.net/xjyhust，以及作者 熊家煜。 Ok，由于这个文档只是v1.0，所以缺少很多实际的测试结果，在后面的版本中我会加进来；但是里面的技术是不会有太大的变化的。最后，希望这个文档对你有用。
无缝地形技术简介
mesh部分，使用分块的高度图来保存信息；纹理部分，每块地形使用8张diffuser纹理，4张normal map纹理，使用调色板纹理查询权值进行混合。分别对待场景编辑器和引擎运行时的地形处理方法，使效率和灵活性都能得到保障。
无缝网格的实现
地形的实现，主要针对2D的高度图，保存的精度是float 32bit。为了支持超大的无缝地形，必须将地形进行分块，在运行期间，内存中只保存可视的一块区域。
LOD的实现
地形分块以后的最小单位，我们先称之为brick。离摄像机较近的brick，有较为细节的lod，定义这个时候的lod为低lod；离摄像机较远的brick，有较为粗略的lod，定义这个时候的lod为高lod。（不要弄错了，近处lod低，远处lod高。）
Lod的大致方法就是，lod为level 0时，渲染每个顶点；level为1时，每2个顶点渲染一个顶点；level 为i时，每（2的i次方）个顶点渲染一个顶点...... 具体参看下图：
Level i Level i + 1
为了解决地形“龟裂”的问题，需要对不同level之间缺少的顶点进行处理。有几种不同的处理方式，我的方式是：
假设这个时候level i和level i+1相接，我将level i+1的brick和level i-1临界的那条边界上缺少的顶点加入原有的三角形列表中：
为了解决这个边界“龟裂”的问题，我们需要有不同的三角带。由于在World Craft中，lod的分布都是按照环形的：
所以每个lod的三角带需要有这样五种不同的情况，对于level 为i的brick。情况一，他只和level为i的brick相接；情况二至五，他有且仅有一侧和level i-1的brick相接。
性能和优化
对于brick渲染的优化，我们引入了一个sheet的概念。Sheet是一个更大的划分单位，在我的实践过程中，sheet为4*4个brick或者8*8个brick组成（根据brick的大小不同），sheet共用一个vertex buffer，这样可以使效率更高一些，虽然也是draw n次，但是不需要修改vertex buffer，只要修改index buffer，对待lod相同的brick，index buffer也是一样的，只需要修改偏移量。引入sheet，也是为了后面的texture的优化需要，不需要频繁的切换material，也不用写过于复杂的sort就可以达到优化的目的。
编辑器和引擎运行时的不同
有这样几个原因使我们有理由分开对待这两种情况：
1. 编辑器需要及时的相应用户的输入，这就要求每一次对地形的改变在较短时间内完成
2. 引擎不需要灵活性，所以渲染的数据需要尽量的优化
编辑器中没有sheet的实现（只有概念），即每个brick有单独的vertex buffer，brick要尽可能的小，比如，17*17大小。这样做大大减小了vertex buffer的修改范围，用户的修改会及时得到反馈，不会出现太长的“假死”。
而引擎运行时，sheet的大小为513*513或者257*257，每个brick的大小为65*65或者33*33。我比较倾向513*513的sheet和33*33的brick。（具体是多少比较合理，在这份.note里面我没有列出详细的比较数据，在v2.0里面会列出一些测试的实际数据）
World Craft的地形编辑
World Craft中，使用一个较大的height map来表示一个sheet的，比如513*513大小的height map，然后每个brick的大小为17*17，对应height map的某个17*17的区域，由于brick单独使用vertex buffer，所以，相邻的brick之间共用height map上的17个pixel。
以rise/lower地形笔刷为例，具体的流程如下：
1. 判断鼠标拾取点（和地形相交的点）
2. 计算拾取点所对应的height map上的点
3. 将笔刷（一样也是32bit-float的位图）正确的操作到height map上
4. 更新所影响到的区域（只更新区域内的brick）
有几点需要注意的地方：
1. 更新brick的时候，只更新顶点的position，而不更新normal，否则速度会很慢；normal的更新只在每次鼠标抬起的时候进行；最后的效果非常不错。
2. 涂刷height map的时候，引入一个笔刷密度的概念，表示每隔多少像素才进行一次涂刷；当鼠标移动过快或者过慢的时候，不会产生不均匀的效果。大概的方法就是：记录每次的图刷点，如果图刷点之间的累计距离超过了笔刷密度的定义，就在最近的涂刷路径上的正确地方进行涂刷。
3. 顶点normal的更新，是自己写得，没有用到nvidia的nvMeshMender库，不知道为什么，用nvMeshMender的时候速度奇慢，也许是网格类型的mesh的顶点重复比较多。
顶点normal的计算
如上图，对于每个顶点vert（图中的黑点），计算其周围的6个三角形的normal，然后取平均值。我不知道这个是不是正确的算法，反正最后的效果是正确的。 ；）
无缝纹理的实现
纹理调色板
纹理调色板的做法就是：调色板纹理上的点对应的rgba值作为权值，分别表示使用4张不同纹理的权值。如果调色板上的点只有红色，那么就是表示最后地形上面的该点只使用了第一张纹理；如果调色板的点有4中不同的颜色，分别为0.1，0.2，0.3，0.4，地形上最后的颜色就是0.1份纹理1，0.2份纹理2，0.3纹理3，0.4份纹理4的混合。具体的算法后面有hlsl给出。
为什么这样做，而不是使用一张全局的纹理？具体原因我之前的一篇blog也说道了，这里我直接粘贴过来：
简单的重复纹理是现在最常用的方法，但是效果一般。使用全局的纹理，如果纹理不是超级大，效果也是很一般：一般高度图中的两个像素之间的距离就是对应真实地形中的一米，一米的世界，要用贴图来表现细节，就是用512*512大小的贴图，或者是256*256的，那么，如果用不重复的纹理，实现一个1公里*1公里的世界，需要的贴图大小是256k * 256k，如果效果稍微差一点，就算是一米内只有64个像素，那样也是64k*64k的纹理。。。所以这样算下来，使用全局的贴图的唯一办法就是用detailed map，而我觉得，这是个丑陋的做法，对于一个以室外场景为主的mmo的网游来说，地形是给人印象最大的图像元素，而用统一的细节来欺骗效果的做法，给人的印象自然很糟糕。
使用八张不同的纹理
使用8张不同的纹理，进行混合，还需另外两张不同的调色板，加上8张normal map，一共加起来是18张纹理，这在某些硬件上面不能实现（好像是只有dx10的硬件才能实现），另外在设置寄存器的时候需要改变相当多的变量。
比较节约的做法就是使用texture atlas，参考nvidia的相应工具（还有代码和文档）。将每4张颜色纹理“打包”成一个纹理，这样，最后就是2大张颜色纹理，两大张normal map；两张调色板纹理，一共是6张纹理，在所有ps2_0以上的硬件上都可以实现。
使用atlas的时候，需要注意纹理坐标的改变，原来的纹理坐标是[0, 1]，应该转换到[0 +texOffset, 1 ? texOffset]，其中texOffset= 1 / ( 2*tex_width);
整合后的diffuse map 整合后的normal map
具体实现 pixel shader
texture g_palTex;
texture g_tex0; // Base color texture
sampler tex0 =
sampler_state
{
Texture = < g_tex0 >;
MipFilter = point;
MinFilter = point;
MagFilter = linear;
addressu =wrap;
addressv =wrap;
addressw =wrap;
};
sampler palTex =
sampler_state
{
Texture = < g_palTex >;
MipFilter = linear;
MinFilter = linear;
MagFilter = linear;
};
struct VS_OUTPUT
{
float4 position : POSITION;
float4 texCoord : TEXCOORD0;
float3 diffuse : TEXCOORD1;
float3 normal : TEXCOORD2;
};
float4 RenderWithTexturePS( VS_OUTPUT i ) : COLOR
{
float2 coord0 = i.texCoord.xy * g_fTexRepeat;
coord0 = frac( coord0 );
coord0 = coord0 * 0.5;
float2 coord1 = coord0 + float2( 0.5, 0 );
float2 coord2 = coord0 + float2( 0, 0.5 );
float2 coord3 = coord0 + float2( 0.5, 0.5 );
float4 palColor = tex2D( palTex, i.texCoord.zw ).rgba;
palColor = normalize( palColor );
float4 vDiffuse = tex2D( tex0, coord0 ) * palColor.x +
tex2D( tex0, coord1 ) * palColor.y +
tex2D( tex0, coord2 ) * palColor.z +
tex2D( tex0, coord3 ) * palColor.w;
return vDiffuse * float4( i.diffuse, 1 );
}
以上实现为：一张调色板纹理，一大张diffuse map（4张不同的纹理整合成的）。顶点中的texCoord.xy为局部的diffuse 纹理的坐标，texCoord.zw为全局的调色板纹理坐标。
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发表于 2008-9-23 00:49:00
