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GDC 笔记 - 'Ghost Recon Wildlands': Terrain Tools and Technology

育碧 Ghost Recon 地表工具和技术的分享,地表 IdMap 方案的经典 Talk。

原文链接:‘Ghost Recon Wildlands’: Terrain Tools and Technology

地图规格。

11 种生态群落,140 种地表材质。

河流面积与顶点。

植被与石头。

道路、贴花。

铁路网。

建筑与聚落。

GPU 雕刻工具的介绍。

基于 World Machine 开发了一套程序化生成的管线,用于自动生成高度图,作为后续地形编辑的 Input。

美术规格。

做了一个非常快速的 GPU-Based 的地形雕刻工具,最多可以一次雕刻 2km x 2km 的地块。

对高度图做了分层,Base 层是 World Matchine 的输出,不会被改变,Editor 产生的修改被放到 Macro 层。DCC 层专门放置 Houdini 生成的修改,后面会具体讲。Micro 则存放关卡美术做的微小调整。

地表。

目标是生成真实、高质量的地表,然而这么大的地图纯手刷不可能搞定。

尝试了一个简单的规则,按照地形的 Normal 做灰色到白色的插值,其实就能生成一个不错的山脉地表了,可以按照这个思路扩展地表的生成规则。

最终定下来的用于程序化生成的参数有四个,坡度、高度、噪声、曲率,按照这几个参数在 Pixel Shader 里面实时计算。

美术工具截图,修改参数就可以实时生成地表看到效果,非常方便。

虽然现在可以一键生成地表了,但是有些过渡的地方还是显得不太自然。于是又支持了美术手刷地表。

地表最终会被保存为两张纹理,分别叫 Splatting Texture (R8) 和 Vista Texture (BC5),Splatting Texture 中保存了当前地表所对应的材质索引,Vista Texture 保存的是一个简单的 Albedo,用于远处地表的渲染。

地块是按照四叉树存储的,每一个四叉树节点都带 Payload,包含 LOD、Culling、Streaming 信息。这些节点会根据距离相机的距离进行 Streaming In / Out。

地表材质。

地表材质当然包含经典 PBR 纹理。

还包含一张 Displacement 纹理,用于地形曲面细分的。

地表基本都是由四层材质混合的(Splatting Map 是双线性插值,所以是四层),所有地表材质一共有 143 种,所以一次把所有纹理加载进来是不可能的。

做法是动态将地块用到的纹理合成一组 Texture2DArray,这里 Array 最多 32 层,也就意味着每一个地块最多只能使用 32 种材质。由于是动态合成的 Array,在 Shader 里还会有一次 Index 的转换。

近景渲染。

先看最终效果,下面会依次分析渲染流程。

先看单个地表材质(点采样)的渲染,因为只取了一种材质的纹理,所以看起来是格子状的。整个流程是先去采样 Splatting Texture 拿到 Material Index,然后拿到 Material Index 转换到 Texture Array Index,然后再采样 Texture Array 拿到材质的纹理进行渲染。

实际上渲染当然不会只做一次点采样,实际上对 Splatting Texture 进行采样的时候会借助双线性插值的思想,取相邻的四个像素取得四个 Material Index,然后根据离临近像素的距离来做权重混合。

最终效果就会好很多。

老生常谈的 Slope 渲染问题,因为地表纹理的 UV 变化是按照世界空间的 x 和 y 来的,在比较陡峭的地方变化就会很剧烈,导致拉伸,处理方法一般是 Tri-Planar,就是按三个轴投影,然后按 Normal 做混合。Ghost Recon 的做法好像只是按 x 和 y 两个轴投影。

首先双线性插值一套操作下来就要采样 Splatting Texture 4 次(不是最终采样数,最终采样数还需要计算材质纹理的采样)了,然后处理崖壁又要按两个轴投影,然后直接 x2,变成 8 次,性能堪忧。

优化就是把地表块分成三种,使用不同的 Shader。

普通地表就直接双线性采 4 次就完事了。

Slope 8 次逃不掉。

过渡要两种都采,然后做混合。

实测下来效果还行,80% 的地表都只需要采 4 次 Splatting Texture。

道路是直接画在地形上的,然而地形的分辨率不够,导致细节丢失,在一个就是用 Splatting Id 的方案过渡很僵硬。

屏幕空间贴花看起来效果不错。

但是开销太大了。

Virtual Texture 在地形中的应用。

就是 UE 里的 Runtime Virtual Texture,大家都比较熟悉了,这个技术跟地形很般配。

VT Feedback Pass 必不可少,但是 Ghost Recon 做了一些改进。

判断哪些 Page 需要加载进 Physical Texture,最简单的方法就是直接光栅化整个场景,把结果画到一个屏幕空间的 Buffer 上,然后再读回 CPU,如果是 4k 的屏幕开销更离谱。但是如果换低分辨率的 RT 又会损失一些细节。

优化方法就是不再单独开 Pass,直接在 G-Buffer Pass 里面完成计算,输出到一张 3D Texture 中,输出的时候拿 (uv, mipLevel) 作为坐标。

直接用 Compute Pass 算出缺少的部分,然后回读会 CPU。

如果按照 10 Texels / cm 的分辨率,大概需要 2PB 的存储空间,蓝光光盘都塞不下。

压缩和 Tiles 的实时生成。

最终的一些参数。

Xbox One 上的性能。

地形相关的一些其他玩意。

地形不止高度和地表,还保存了一些其他的信息。

道路的生成需要定义一组 Waypoints,然后自动生成路径来连接各个点,形成道路。

正常性网格的连接,效果不太行。

随机连接,效果好很多。

道路生成的流程。

输入输出。

根据生成的道路会顺便生成一些其他的玩意。

火车道也是类似。

河流。

聚落。

种田。

自动摆石头。

植被。

声音。

145 个工具,一套自动化管线,4 个 TA 负责。

总结,最有价值的的就是 Material Id 的地表算法,在开放世界地表渲染领域基本已经成为了政治正确的方案,兼顾性能和效果,各种基于 Material Id 的优化方案层出不穷。本篇 GDC 更多关注的是程序化生成方面,渲染方面讲得比较少。

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