开发实践：Darkwind Media用遮挡剔除带来更高性能Oculus Go游戏
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本文来自Darkwind Media
（映维网 2019年06月10日）Darkwind Media为Gear VR和Oculus Go用户带来了开发团队的《Republique》。为提高游戏的性能，团队探索了每一条可能的途径，而他们指出最好用的方法是遮挡剔除。Darkwind Media日前撰文介绍他们开发的定制遮挡剔除解决方案，同时解释了在这一过程中所学习到的经验教训。以下是映维网的具体整理：
1. 扩展系统
我们一开始是从单点进行捕获，所以我们必须考虑camera移动时的情况。我们需要一个能够有效从一个可见集合转换到另一集合的系统。在《Republique》最后的一个场景中，玩家可以通过一架沿着固定轨道移动的无人机来感知世界，而camera运动基本是1D而非2D或3D。这使得我们能够扩展遮挡剔除并支持一定的camera运动。
对于支持一个移动camera，第一种同时是最天真的方法是沿着1D路径选择几个点，并根据这些点捕获遮挡。但如果camera最终停留于这两个点之间呢？通常来说，捕获之间的距离越短，潜在可见集合发生变化的可能性越小。为了缩短它们之间的距离，有人可能会在1D路径中包含大量的捕获点。遗憾的是，这最终会占用更多的内存，并且每次camera移动时都需要遍历整个list的渲染器。
如果我们将捕获点整合到单个卷积中呢？考虑到两个相邻的捕获形成一个线段，如果没有进行另一次捕获，我们无法确切地知道渲染器被遮挡的位置，但如果我们为每个线段执行这项操作，我们最终是进行了无限次的捕获。
最安全的假设是，只要camera位于这两个点之间，任何一个捕获所看到的渲染器都可能属于可见。我们对下一个线段和下下一个线段执行相同操作，依此类推。请注意，单个捕获与它所连接的两个线段共用，因此当camera正好位于捕获位置时，我们可以选择使用任一线段进行剔除，并保证启用该点捕获的每个渲染器。
…因为我们追求的正是通过这些卷积的运动，所以如果我们只存储前一个单元格的变化，而不是说为每个卷积储存整个list呢？我们需要两个list：一个用于打开渲染器，一个用于渲染渲染器关闭。当向相反方向移动时，则反过来解释list。关闭list中的渲染器应该打开，打开list中的渲染器应该关闭。
当从单元格A越过单元格B越时，渲染器打开list属于B的可见性集合中的所有渲染器集合，但不是A的集合。这被称为B中A的相对补集。
你可以看到，这种开关差异list的编码方式可能比整个list小很多，特别是在具有数百个或数千个渲染器和多于四个单元的真实场景中。它同时可以大大减少因进行大量捕获而造成的内存损失。捕获越接近，它们就越有可能看到同一组对象，因此这种差异list越有可能只是很小，甚至为空。
也许更重要的是，如果我们记住我们占用了前一帧的那个单元格，即便camera移出该帧内的所述单元格，它离所述单元格的距离都不会太远，而我们只需要迭代数个差异list来更新遮挡剔除即可。构建一个简单的1D遮挡系统就是这么简单。
现在我们已经有了一个有效的1D遮挡剔除系统，所以我们不难看到系统可以扩展到2D，甚至3D。要从1D扩展到2D，你可以从捕获点网格开始，并将其中的四个整合成一个矩形单元格。每个2D单元将具有四个邻居，因此具有四组差异list。要扩展到3D，你可以从捕获点的3D网格开始，并将其中的八个组合成矩形棱柱单元格。每个3D单元将具有六个邻居，因此具有六组差异list。
尽管其他版本的《Republique》都没有采用这样的系统，但如果你的游戏是针对六自由度头显，你可能需要2D或3D遮挡剔除。
2. 经验教训
每个解决方案都存在一定的权衡折中，我们的解决方案也不例外。在考虑是否应该采用我们的解决方案时，下面是你必须注意的问题：
2.1 捕获分辨率
我们为游戏的大部分场景选择了512px的捕获大小，因为我们发现这是精度和计算时间之间可接受的权衡。理论上，为了获得完美的精度，你应该以接近于屏幕显示捕获的分辨率来捕获游戏世界。Gear VR和Go的默认眼睛缓冲区大小为1024px，视场大约为90度。另一方面，如果512px丢失了一定的渲染器，则最终图像中的宽度必须仅为1到4像素，并且在所述大小下，它们容易产生锯齿。如果你的渲染器不是太小，或者你只是想要剔除小对象，选择512px这样的低分辨率可能也没有太大问题。
2.2 静态集合和复杂世界状态
在我们的系统中，我们只能遮挡在捕获过程中不会移动的静态网格对象。同样，我们只是遮挡了一个世界状态。如果你的世界有多个具有不同渲染器的不同状态，你将不得不进行更多的捕获，从而遮挡其他状态。
2.3 与其他可见性系统的兼容性问题
游戏系统控制部分网格的可见性。在这种情况下，你要么通过剔除排除这些渲染器，要么实现其他逻辑来组合两种形式的可见性。例如，LODGroup控制渲染器的可见性，而你可以设置成仅LOD0能够遮挡（如Unity）或将每个LOD层次视为单独的世界状态。
2.4 更高的内存消耗
将这个遮挡数据存储在内存中，特别是以上面最为天真的方式，这确实占用了内存空间和加载时间。所以请确保你有额外的内存。
2.5 分层剔除
在《Republique》中，这种精细的剔除仅仅是较粗糙房间和区域分区之上的最后一层。这加快了应用程序在camera转换期间的剔除数据，因为没有触及所述区域中的每一个渲染器，只是当前camera所需的渲染器。即使从绝对意义上来说这样的节省很少，但如果没有它们，在游戏过程中快速连续地出现camera切换可能会令情况更加糟糕。
2.6 重新读写遮挡数据
当静态渲染器以任何方式发生改变时，遮挡数据将会变得过时并可能导致视觉错误。因此，需要在修改场景时重新计算遮挡，并且根据你的自动化程度，它可能会减慢你的工作流程。
2.7 实时阴影投射
如果你有任何类型的实时阴影，请注意：本系统剔除的对象无法投射实时阴影。所以请使用诸如烘焙这样的替代方案。
2.8 优化读写过程
GPU渲染彩色场景的速度非常快，但CPU一次性读取所有6×512×512像素要慢得多。下面是你可以采取的措施示例：
- 将任务拆分为线程
- 使用计算成本更低的hashcode
- 缓存数据结构并以合理的大小初始化它们
- ……
例如，《Republique》可以在不到25秒的时间内处理发电厂区域（需要385个立方体贴图）。
2.9 三自由度头部运动
我们只计算了单点的可见性。三自由度VR不允许用户在虚拟世界中进行物理移动，但Oculus Go和Gear VR会尝试根据头显方向预测用户的头部和颈部移动了多少，这确实给游戏camera一点点的运动。我们之前说过，在几厘米内没有太大影响，但如果camera非常接近角落，倾斜头部可能会产生非常大的影响。
我们可以将camera的位置稍微移离角落，或者掠过角落的边缘，这样捕获就可以看到周围，并且对象永远不会被剔除。
感谢你的阅读。当你优化游戏的性能时，我们希望本文能够给你带来启发。祝你好运。
