unity大世界阴影方案

zt3ff3n · 发表于 2023-1-24 13:18

技术简介

一个项目的阴影实现需要用到好几套技术方案，但其中接触阴影单独写过文章接触阴影详细说明，csm又是unity内置，所以这里主要讲最大开发量的部分：在各种场景如何更好的使用静态阴影。这里主要分2部分，

在大世界补充csm ，高性能实现远处阴影绘制
在小世界代替csm，减少drawcall并大幅度提升帧数

<hr/>大世界阴影基础思路(1公里-4公里类型)

大世界阴影按距离分配
痛点：主要解决cms有限距离外又不烘焙的大场景,实现远处静态物件的接收与投递阴影与动态物件(角色.载具)接受阴影.[目标:较高性能实现全图阴影]

0-5米:屏幕空间接触阴影
0-50米: unity自带 csm
50-256米离线烘焙的shadowmap,pcf (每128米一张1024 单通道深度图)
256米到4000米(全场景大小):离线烘焙的shadowmap,vsm(每128米一张256 双通道深度图) （升级后这里有改动看最后）

<hr/>pcf 的shadowmap

50米处还是比较近需要比较稳定的软阴影,选pcf是比较稳定的,且硬件pcf加持
因为精度较高数据大需要实现大幅度压缩与内存的流入流出

流入流出:采用一层clipmap 只加载相机附近的5x5张图分帧加载,每帧最多一张基于clipmap的静态shadowmap - 知乎 (zhihu.com)
容量压缩:采用bc4格式极大压缩了容量. 因为主要存在硬盘所以只要把不需要的数据统一成一个固定颜色.自带的文件压缩算法就可以自动压缩.所以是分析出地表的深度,地表的深度一般不再遮挡人物所以可以把这个深度值清除.但是有些地表是斜坡会投影到地面.所以采用深度剥离方式.,判断地表的遮挡范围内是否还有地表.shadowmap的压缩技巧 - 知乎 (zhihu.com)
精度提升:因为bc4压缩率高但会丢失精度.为了最好的效果需要做精度保护.1 采样倾斜投影来缩小深度值的范围提高精度.2对深度图每32x32像素统计下最大最小深度.然后可以把存储的值填充满0到1.比如如果这些深度范围是0.40,到0.49 那么0.4部分是不需要反复记录的.长阴影shadowmap精度优化 - 知乎 (zhihu.com)

内存占用:50M(2M r16 x25),采用bc4 +软件pcf 可以控制在12M
vsm的shadowmap
远处的软阴影准确性要求不高,但对性能要求更高所以一次采样的vsm比较适合
与pcf一样采用倾斜投影和normalize depth,一次性常驻内存
内存占用:67M,(根据不同距离再做一次分离可以大幅度减少内存)
效果图

主要展示远处vsm 静态阴影效果

主要展示近处csm与中处pfc静态阴影效果

主要展示中处pcf 与远处vsm 静态阴影效果

<hr/>小世界阴影基础思路(1公里以内)

因为项目同时存在小场景的传统竞技地图,所以这个技术方案稍微调整下用在小场景能换来显著的性能提升.
痛点：主要解决静态物件每帧绘制shadowmap的性能浪费,尽量满足所有距离的静态物件都不在运行时绘制shadowmap.[目标:画质相差不大条件下极大提高阴影性能]

0-5米:屏幕空间接触阴影
0-64米动态对象: unity自带 csm
0-64米静态对象: 离线烘焙的shadowmap,pcf (每16米一张1024 单通道深度图,以相机位置为中心加载附近9x9张 ),
64米以外:unity烘焙的shadowmask与occlusion probe（升级后这里有改动看最后）

性能收益与效果展示

精度非常接近实时的csm.省掉所有静态场景物件的drawcall ,cpu提升非常显著. shadowcasters引擎统计没有剔除我这部分所以统计不准.渲染批次只有原来的50% 顶点数只有原来33%

上：csm ，下：本方案阴影

<hr/>后期SVT升级

以上这套方案一直在线上运行了1年多，没什么实际大问题。但是在大世界只分2层mipmap 显存利用率不是最高，在小世界还依赖结合shadowmask，工作流比较麻烦而且有些图需要64米以上显存会快速增加。所以后面我又升级到svt来做阴影贴图的流入流出方式，svt大致方案是一套pcf 预计算几套不同lod的shadowmap图，比如lod0的图一张覆盖n米，一张lod1的图一张覆盖2n米，一张lod2的图一张覆盖4n米。。准备4套lod够用，通过4叉树管理，简单根据距离计算每个node 需要的lod，然后加载不同lod图，在大世界不再需要vsm，在小世界不再需要烘焙shadowmask配合，显存与工作流都得到优化。

zt3ff3n · 发表于 2023-1-24 13:20

[赞同]

IT圈老男孩1 · 发表于 2023-1-24 13:23

虽然，但是。。[魔性笑]

DomDomm · 发表于 2023-1-24 13:28

虽然这个方案可以实用但是我记得你有更好的软阴影方案[大笑]

闲鱼技术01 · 发表于 2023-1-24 13:36

[酷]

ChuanXin · 发表于 2023-1-24 13:46

我想说的有很多个虽然但是[大笑]

闲鱼技术01 · 发表于 2023-1-24 13:48

有一个延伸的问题，某个项目的怪体型巨大（几百米那种的），用csm画的阴影精度很低，这种情况有什么特殊解决方案吗？谢谢！

FeastSC · 发表于 2023-1-24 13:56

这种确实非常不适合csm 逐对象分配lod 前提是都假定是小对象本来用cluster mesh 可以实现超大对象不同部位的不同阴影精度但如果有骨骼动画比较复杂没写过可以看我clustermesh 那篇

jquave · 发表于 2023-1-24 14:04

谢谢！新年快乐！

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