Unity挑战大世界刷草（二）

草海信息的存储

我们要求记录草海中草的位置信息是为了能够创造出一个尽可能"确定"和"可控"的世界，试想如果没有这条限制，我们不在某种程度上确切记录草的位置，那么一片草海位置信息是可以用 0 bit 的容量来记录的，毕竟只要写个随机函数，让草自己随地扎根就行了，不用浪费空间存储每一株草在哪里。然而我相信大多数项目中，策划和场景美术同学应该不同意这么干，他们会希望能精确绘制出地表植被的分布，规定哪儿有草，哪儿没有，甚至在哪里必须放上几株并设置好朝向等等。

可是，另一方面，想要精确存储每一株草的位置信息似乎是一件不可能的事情，至少看起来很不划算。这点刚才已经算过，一个10公里的地形，每平方只种10根草，只记录位置一个信息，就要消耗掉数十GB的磁盘空间，更别提金贵的内存了。

余下能做的事情就是找出一种折中的办法来调和这对矛盾。这边我给出一种比较常用的解决思路：对于那些注定会成为草海的草（草海的主体），策划和美术同学放弃对每一株草的精确控制，转而控制一小块面积内草的各项属性。如果设置合理，我们能很轻易的降低整体信息量1到2个数量级，同时也能保持全局的草海分布趋势，达到效果和设备的平衡。按照这种思路，很自然的，我们想到使用密度来表示一个单位面积的地皮上有多少草，这样原本需要记录的数值，已经不再是单株草的坐标了，而是这整块地皮的中心点坐标，以及地皮上草的密度值。

这种将单位地皮作为整体打包记录密度的做法，使我们就把原来10 ~ 100株草的数据量一下子压缩到了1株的数据量，当然这个密度转化的过程中是有信息丢失的，我们丢失了单位面积内100株草的局部偏移信息。这是一个问题，但也是一个相对容易处理的问题，比如我们可以赋予每株草一个单位面积内随机的偏移来补全/伪造因合并而丢失的信息，亦或者由美术同学直接指定这一平米面积内草的分布，规定他们的位置和朝向。更妙的是，借由密度化地块这个过程，我们其实也离散化了整个世界，现在的世界地图（至少密度地图）对我们来说是一个一个平铺开来的，拥有固定尺寸的单元格，为方便计量，不妨预设单元格尺寸是1米，这样密度的单位也就变成了"N株草每平方米"。离散化的好处有很多，之后会细讲，其中主要的一点是我们从此可以丢掉浮点数，专注于整型的计算和存储了，而且一些数据结构的运用也会变得更加高效。

一般而言草海的分布是具有连续性的，打个比方，只要不是草海的边缘，一块地皮的密度与它四周8块领域地块各自的密度有很大概率是相等的，这说明在不丢失信息量的前提下，还有压缩密度图的空间，所以不论是把密度图存成纹理格式，在编码成某种形式的图片，还是将密度图在平面上切分，编入四叉树结构，都能再次大幅降低草海信息的体积。

最后对于那些确实有需要精确到位置和朝向的植被，我们不妨将之梳理出来，再开个小灶。只要这部分需求的总量不大，就不会造成实质上的问题。之于如何开小灶，我想方法也有很多，比如我们可以针对这些特殊植被再生成一张密度图来渲染，只不过这次密度单位不是1米，而是0.1米或更小，只要特殊植被数量不多，这些密度图经过压缩后也挤占不了多少空间。

技术选择

好了，到目前为止我们了解了渲染草海的基本特点，面对的挑战，以及一些重要概念和方案。是时候明确下基本技术选型了。

首先是草的几何表现形式，这里选择了模型草作为开发的基准。从技术实现角度出发，模型和面片草对程序来说区别其实不大，更多的是美术工作流的变化，以及视觉效果的转变。考虑到移动端对透明度测试的优化问题，以及植被与玩家交互作用的表现力等方面，暂时选择了模型草作为开发的基础，当然添加对面片草的支持相当容易，如果有需求的话，后续追加也不迟。

然后承接刚才密度的方案，我们需要将美术同学在世界空间中刷出来的草海，以密度块为基本单元，存入某种数据结构中压缩起来。这边选择支持简单的二维纹理编码（可以理解为压缩成图片），同时也支持四叉树编码密度，做四叉树这部分主要是基于个人兴趣，想尝试下构建一套快速范围搜索的算法，当然四叉树也是有别的好处的，之前也讲过，在内存中，四叉树理论上会比解压后的纹理密度图占用更少的体积。那么对于密度变化不复杂的地区，选用四叉树编码，就可能节约数兆字节的内存。

接下来是越来越为人所知的一个术语： GPU Instance。 还记得我们在开篇研究了草海的基本特点么？它具有“海量”和“同质”的特点。而GPU Instance 可以理解为一般图像引擎会提供的一套接口组件，专门用来处理符合“同质”特点的“海量” 实例。处理时，我们只使用一套几何构造作为所有实例的标准“模板”，然后CPU会告知GPU：“需要复制多少份这样的模板，这些模板最后放置在哪儿”等很少的信息，余下的活就交给GPU去处理了。如此一来，虽然GPU的活没少干，但是CPU解放了，自然能提升不少性能。

规范得说，我们可以通过调用了基于 GPU Instance 技术的 DrawMeshInstancedIndirect（...）接口来消减CPU管理Mesh个数，同时也降低了和GPU之间的IO负载，提高Batch数。如果有的同学不理解，也不用担心，后续我们也还会结合示例来详细阐述。而且这些内容在Unity官方文档上都有详细介绍，有兴趣的同学可以去读一读。

此外还值得一提的是，我们选择了面向移动端的 URP 渲染管线，因为其底层的一些优化，特别是 srpBatch 可能会对降低开放世界整体的 DrawCall 消耗有所帮助，这里就不做展开了。

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好了，今天我们先到这里，做一个总结：草海位置信息很多很头疼，我们选择用密度块方式，通过四叉树编码后存放起来；然后针对表现层面的需求，我们使用Mesh面数较高的模型草作为草海的主要载体；最后提了一点 GPU Instance 的信息。接下来的文章会进入所谓“绘制草海”的主要环节，即算法逻辑的实现。