HLOD System

1.1 HLOD System簡介

       首先，HLOD System主要的目標是爲了減小Draw Call。而後，進行更多的Batch批處理，從而大大提升渲染性能，減小面數和紋理，這樣咱們相應地節省了內存，並提高了加載時間。
       HLOD System只針對當前所在的地方進行加載，它會流式加載網格和紋理，在後臺進行異步的操做。

       本次HLOD是基於官方AutoLOD代碼的擴展和改進製做出來的，連接：https://github.com/Unity-Technologies/AutoLOD，連接是AutoLOD的文章，能夠先看看。下面將詳細介紹HLOD原理和實現。

1.2 HLOD與LOD對比

       HLOD與傳統LOD差別對好比表所示。

	LOD	HLOD
減面	√	√
減小Batches、紋理數量	×	√
減小內存使用	×	√
CPU性能提高	×	√
磁盤空間	=	+

2.1 系統支持

1. BVH劃分LOD Group
2. 根據BVH劃分進行合併模型和貼圖
3. HLOD CULL系統

2.2 系統概述

 1.系統架構

      系統主要由編輯層和運行層組成，編輯層負責每一個預製體的LODGroup生成、BVH劃分、網格、貼圖合併，同時自動作好運行層所須要的關聯。運行層負責該系統中Renderder、LODGroup管理及BVH層級切換，系統架構如圖所示。

 

 2.系統流程

    本套系統擁有一條完整流程，其系統流程如圖所示。

 

2.3 BVH劃分LOD Group

    八叉樹對LOD Group進行劃分到各個區域，劃分條件由每一個區域超過n個mesh開始劃分，劃分依據由LOD Group中心點做爲劃分點，可設置剔除實際包圍盒超過指定大小的mesh，劃分規則如圖2-4所示。

 

劃分後效果如圖所示。

    

        這裏劃分方式對AutoLOD進行了改進，AutoLOD劃分方式以下圖所示，下圖是BVH劃分的同一級別中其中的4個區域，圈內是一組LodGroup，AutoLOD在進行BVH劃分規則是隻要該組LodGroup有任何模型與區域接觸，那麼該組LodGroup就會被算入該區域，圖中4角星與二、三、4區域同時有相交，所以在模型合併的時候這3個區域都會將該組LodGroup下的模型合併。假設HLOD切換到了該層級且同時顯示二、三、4節點的合併模型，那麼這個LodGroup合併的模型就會被顯示了3份，這樣的效果是不容許的，解決辦法就是同一個層級每一個區域不能出現相同的LodGroup。

     

    本次HLOD採用的解決辦法是使用LodGroup的中心點進行劃分，這樣就能夠保證一個LodGroup最多能被一個區域包含，以下圖所示，箭頭指向的點就是LodGroup的中心點，它只有4這個區域包含。

 

2.4 根據BVH劃分進行合併模型和貼圖

1.合併原理

       根據2.3的劃分，能夠設置合併幾層的模型(從最底下開始計算)，以下圖所示的爲合併2層，其中第一層(最底層)有三個區域合併，第二層有兩個區域合併。這裏節點比2.3少了，是由於沒用的節點會被剔除掉，若是這裏設置只合並一層也就是最底層，那麼上面兩層也會被剔除掉。

 

 

2.合併的網格

      網格每生成一層就會多一倍以上磁盤大小，若是重複的模型多了，那麼合併後的網格磁盤大小將會成倍增長，合併後的網格以下圖所示。

例如：（300*300M場景），原始網格6M磁盤空間，合併原始網格兩層後多出20M空間(fbx)。

 

 

3.合併的貼圖

     以下圖，貼圖目前只保留了MainTex貼圖，默認使用Standard物理光照shader（帶陰影），支持GPU Instancing。

 

     貼圖合併規則以下圖所示，設置合併層次，好比圖中設置3層，那麼第三層是全部子節點合集的大貼圖（不重複）。

     例如：300*300M場景，原始貼圖大小26M，合併原始網格兩層後多出50M，多出這麼多主要是由於把整個場景合併，原始貼圖不少是共用的，致使合併後內存上升問題，因此合併時選擇模型和貼圖複用性低的模型合併比較好。

 

2.6 HLOD CULL系統

1.如何工做

      當上述步驟作好後，在BVH的根節點上會有個HLOD CULL腳本，用於控制當前管理的HLOD的切換。

      當攝像機靠近部分精細模型時，HLOD切換狀態如圖2-10所示（紅色爲當前顯示的層級，藍色爲不顯示層級）。

當攝像機靠近少部分精細模型時，HLOD切換狀態以下圖所示。

 

 

 

 

當攝像機距離精細模型比較遠時，HLOD切換狀態如圖2-12所示。

 

2.計算原理

   首先是精細度模型是否須要顯示計算，根據距離LOD Group的距離、屏幕佔比與攝像機FieldOfView計算出relativeHeight，這個數值對應如圖2-14所示的攝像機位置，若是這個數值不指向最精細模型，那麼就顯示合批模型。

 

relativeHeight表示

 

3.工做原理

如圖2-15所示，LODGroup的計算只會計算最精細的模型，只要有一個精細模型被激活那麼該節點的精細模型都會被激活，父節點的全部HLOD被dirty並隱藏。若是精細模型不激活，那麼直到找到父節點被dirty或已是最頂層狀況激活當前層HLOD。

 

HLOD流式加載

3.1 流式系統設計

    流式加載的設計主要針對移動端內存佔用太高問題，利用流式加載能夠作到極大下降移動端運行常駐的內存。設計如圖3-1所示。

    首先，一個HLOD System裏面有多顆子樹，每顆子樹都會帶有一個流式管理器，該管理器負責當前子樹的全部節點流式加載，而HLOD Cull系統負責通知每顆子樹哪些節點狀態出現了變更。

 

3.2 流式資源加載設計

以下圖，流式加載有兩種模式，通過大量測試，總結出了各自優缺點。

1.裝完再卸載

當前子樹下，全部須要加載的節點加載完畢後再卸載須要卸載的。

優勢：能夠保證模型常在視區

缺點：常常會出現內存峯值，常常會卡幀

2.直接卸

當前子樹下，卸載不等待其餘節點加載完就卸載

優勢：極大避免卡幀問題，少量出現內存峯值問題。

缺點：不可保證模型常在視區，加載的模型內存大可能會出現閃爍現象。

 

3.3 流式加載距離緩衝設計

常常會出現玩家在加載邊沿處來回走動，這會形成資源不斷的來回裝卸，所以加入距離緩衝策列。

設定必定距離的緩衝，當觸發流式切換後，要再次激活流式切換須要走出設定的緩衝距離纔會切換，設計如圖3-3所示。

4、適用

HLOD Stream應用場景：

1.大城鎮，不少房屋須要處理不少Bathces的狀況

2.須要看得遠，遠處看得見輪科且數量較多的狀況使用

3.物件密集而且沒法使用GPU Instancing的地方使用

4.只要有不少Batches的地方而沒法優化掉的均可以考慮使用

5、問題

1.貼圖合併只保留MainTex貼圖，默認使用Standard物理光照shader（帶陰影），支持GPU Instancing。

2.相同的預製體的網格合併時內存會翻倍（這個跟靜、動態合批同樣）

3.每生成一層HLOD所須要的網格內存會多一倍以上

4.不一樣子樹相同貼圖會出現重複貼圖合併現象。