BSP场景管理方法简介

 

BSP（Binary Space Partition,二叉空间分割）方法，在大型3d游戏场景管理方面，可以认为是已经证明了的，最成熟的，最经得起考验的场景管理方法。诸如虚幻系列引擎（Unreal 1,2,3），ID系列以及衍生产品（Quake,DOOM,Half-Life2），都采用了BSP方法来管理场景，尽管他们各自在实现上略有不同，但是基本原理都是相同的，下面将以Quake3的实现为例，简要介绍一下BSP的原理：

 

1.      选取分割平面：用这个平面将全部空间分成两个半空间，比如这个平面可以取简单凸体的侧表面，或者复杂物体（曲面或者静态模型）的boundingbox的侧表面，或者来自于等分格子的边界平面：假定所有参与分割的都是凸体表面；

1）每次取得分割平面后，都会将所有物体分为两组，所有物体的侧表面将分为4类：

a）  位于平面之前的侧面

b）位于平面之后的侧面

c）和平面重合的侧面，根据朝向决定分到哪个子空间。

d）跨越平面两侧的侧面，用平面分割成两半，分别放入子空间。

2）分割平面评优原则：

a）  位于平面之前和位于之后的侧面数量差尽可能小

b）  和平面重合的侧面尽可能多

c）  跨越平面两侧的平面尽可能少

d）  轴对齐分割加分

2.      在子空间的所有凸体侧面中选取分割平面，备选平面中选取一个平面来递归分割子空间。

1）递归结束的条件：是找不到分割平面为止。

2）控制二叉树的深度：可以采取以下策略，比如限定叶子结点的最小体积。当分割的子空间达到最小体积，或者树深到达了最大深度而又找不到更好的平面，也可以强行结束。因为太小的体积，人无法进入，也就没有比较继续分割，原则上叶子空间不小于可进入实体的体积；太大的树深，会增大定位叶子结点的开销。另外，控制平衡本身也会影响树深。

3.      分割的最终结果：形成一个二分层次空间。每个子空间结点包含的必要信息：

1）  分割平面

2）  围成凸空间的顶点和侧面（不一定是可渲染得表面）

3）  BRUSH：属于自己的一组侧表面。

4）  叶子结点无缝、网状连接。叶子空间形成一个CELL，CELL侧表面也可能是可以通过的PORTAL，也可能是实体表面。

4.      运行时定位相机位置所在的叶子空间：从顶层开始，根据观察点相对分割平面前后关系确定在那个半空间，直到到达一个叶子结点。

5.      渲染顺序：

1）  不透明PASS：从相机所在叶子结点开始，从前往后绘制空间内包含的可渲染表面。

2）  透明PASS：从相机所在叶子节点开始，从后往前绘制空间内包含的可渲染表面

3）  在过去没有Z BUFFER的时代，可以采用一个PASS全部从后往前的顺序来保证正确的前后关系。现代显卡都有硬件Z BUFFER，所有对于不透明的PASS，可以从前往后绘制，来优化填充率。

4）  每个BSP结点都有一个分割平面，每个分割平面连接两个结点，从相机所在叶子结点，找到兄弟节点，再找到父亲节点，递归的到达根节点。然后进入另一个分支，遍历完所有节点。

6.      碰撞检测：有了网状连接的CELL，只需要检测活动实体所在得CELL周围的侧壁碰撞检测，以及位于CELL内的其他实体。大大缩小检测范围。

7.      PVS：淹灌法找到每个CELL可以到达的PORTAL（注意，不是光线可以到达，是行走可以到达）。然后从行走可以到达的PORTAL集合中寻找光线可以到达的PORTAL；对于一个CELL来说，能够看到另一个CELL的PORTAL，说明可以看到那个CELL；水淹法得到的可行走到达的CELL可以用作AI判断是否可以到达，另外也也可以加速寻找光线可以到达的cell集合。