# GPUDrivenTerrain

**Repository Path**: alienity/GPUDrivenTerrain

## Basic Information

- **Project Name**: GPUDrivenTerrain
- **Description**: 在看了狗哥老司机和MaxwellGeng等大佬关于GPUDriven的实现，就参考Ubisoft实现一个简单的GPUDriven的Terrain的绘制
- **Primary Language**: Unknown
- **License**: MulanPSL-2.0
- **Default Branch**: master
- **Homepage**: None
- **GVP Project**: No

## Statistics

- **Stars**: 1
- **Forks**: 2
- **Created**: 2021-03-30
- **Last Updated**: 2023-12-12

## Categories & Tags

**Categories**: Uncategorized

**Tags**: None

## README



# 简介
在看了[狗哥老司机](https://zhuanlan.zhihu.com/p/352850047)和[MaxwellGeng](https://zhuanlan.zhihu.com/p/58311222)等大佬关于GPUDriven的实现，就参考Ubisoft实现一个简单的GPUDriven的Terrain的绘制

因为地形绘制时需要的数据不需要一直更新，所以只要在一开始传入地形的HeightMap和NormalMap之后，剩下的绘制操作基本不太需要传入其他大量的数据，非常适合GPUDriven。

使用GPUDriven的好处是可以在很少的几次DrawCall就可以绘制出整个地形场景，而且可以剔除掉不需要的面片，减少绘制的压力。

做GPUDrivenTerrain需要注意
- Hiz的生成，地表mesh的拆分与剔除
- 不同mip的mesh的临接的接缝处理
- 在GPU上实现的地形数据结构，以及灯光的处理（我没有去实现）

# 实现流程

1. 使用一个64*64大小的mesh作为Instance的对象，可以通过四叉树把当前的地形切分，分成3级
2. 使用上一帧的depth计算出的Hiz和上一帧的ViewProjection的Matrix对当前帧的做一次Cull
3. 用第2步剪裁的结果绘制出深度，并生成当前深度的Hiz
4. 通过第3步生成的Hiz和当前帧的ViewProjection的Matrix再次对第2步剪裁后剩下的部分再做一次Cull
5. 对第4步得到的新的深度重新计算Hiz，作为本帧最终的Hiz，同时也作为下一帧的输入Hiz
6. 通过剔除操作得到需要绘制的mesh的ID和

我们在Unity上实现的时候，场景跟地形分开绘制，具体实现代码如下
```c
// 0、绘制得到Opaque的深度图
m_DepthPrepass.Setup(cameraTargetDescriptor, new RenderTargetIdentifier(m_DepthRenderTarget));
EnqueuePass(m_DepthPrepass);

// 1、根据上一帧的Hiz和VP先剔除掉有可能被遮挡的地块，在Opaque的深度图上继续绘制深度
m_TerrainDepthPrepass.Setup(new RenderTargetIdentifier(m_DepthRenderTarget), m_HizRenderTarget, _VPPrevFrame);
EnqueuePass(m_TerrainDepthPrepass);

// 2、使用新的depth计算Hiz
m_HizPass.Setup(new RenderTargetIdentifier(m_DepthRenderTarget), m_HizRenderTarget);
EnqueuePass(m_HizPass);

// 3、使用新的Hiz做剔除，绘制剩下的其实还存在的小块
m_TerrainDepthPrepass.Setup(new RenderTargetIdentifier(m_DepthRenderTarget), m_HizRenderTarget, _VPPrevFrame);
EnqueuePass(m_TerrainDepthPrepass);

// 4、计算当前帧的depth计算Hiz，以便下一帧使用
m_HizPass.Setup(new RenderTargetIdentifier(m_DepthRenderTarget), m_HizRenderTarget);
EnqueuePass(m_HizPass);

// 正常绘制场景
EnqueuePass(m_RenderOpaqueForwardPass);

// 正常绘制地形
m_GPUTerrainPass.Setup(BuiltinRenderTextureType.CameraTarget, BuiltinRenderTextureType.CameraTarget);
EnqueuePass(m_GPUTerrainPass);
```

对于绘制阴影也是跟上面同样的剔除方法，只不过光源作为相机的位置和方向而已，跟正常的shadowmap绘制没有太大区别。

![Game相机绘制的GPUDriven地形](https://img-blog.csdnimg.cn/20210408011636352.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Rlbmd5aWJpbmc=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)![真实绘制的mesh以及不同的LOD](https://img-blog.csdnimg.cn/20210408011740579.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Rlbmd5aWJpbmc=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)

### 接缝处理
参考狗哥老司机和Ubisoft介绍的，通过对mesh进行退化，可以防止不同mip等级的mesh之间相连接的时候会出现缝隙，通过把在小mip的一个点移动到已知的点的位置上，而这个移动的距离就存在mesh的color属性中。

使用的mesh是直接狗哥老司机的项目中的在顶点的color上设置了偏移值的mesh，右边是存到了alpha通道上，所以看不见
![使用的](https://img-blog.csdnimg.cn/20210408012217469.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Rlbmd5aWJpbmc=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
在实际绘制的时候，如下图所示，不同mip的mesh连接到一块儿的时候如果不做偏移的处理是这样的，小的mip会有一个顶点在大的mip边上，这样在根据heightmap对顶点的位置做偏移的时候，就会导致该边上多出来的这个顶点凸出去，而且产生缝隙
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20210408012653473.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Rlbmd5aWJpbmc=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
处理的方法就是提前在在不同mip临接的边上，对低mip的mesh多出来的这个顶点做退化处理，这点跟Ubisoft提到的用greedy的方法预填充场景对象的mesh方法一样，要对mesh重合或者不同mip临接的顶点做退化处理，其实就是把这个顶点偏移一定的距离，使其与mesh内部的顶点重合。

![不同mip连接的地方退化的mesh顶点](https://img-blog.csdnimg.cn/20210408011922705.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2Rlbmd5aWJpbmc=,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)
做了顶点偏移处理后的mesh如上图所示，不同mip的mesh相接的地方就不会出现接缝





# 引用

[1] [https://zhuanlan.zhihu.com/p/335325149](https://zhuanlan.zhihu.com/p/335325149)

[2] [https://zhuanlan.zhihu.com/p/352850047](https://zhuanlan.zhihu.com/p/352850047)