3D游戏几何

3D Game Geometry

本文关键字：游戏 3D      更新时间：2023-10-16

我有一个使用3D网格表示的简单游戏，类似于：

Blocks grid[10][10][10];

游戏中的人由一个点和一个视觉向量表示：

double x,y,z, dx,dy,dz;

我画了3个嵌套循环的网格：

for(...) for(...) for(...)
   draw(grid[i][j][k]);

显而易见的问题是，当网格的大小增长到数百以内时，fps会急剧下降。凭直觉，我意识到：

  • 被网格中其他块隐藏的块不需要渲染
  • 不在人视野内的块也不需要渲染（即人身后的块）

我的问题是，给定一个grid[][][]、一个人的x,y,z和一个视觉向量dx,dy,dz，我如何计算出哪些块需要渲染，哪些块不需要渲染？

我研究了使用3D游戏引擎JMonkeyEngine，并研究了他们使用的一些技术。据我记忆所及，他们使用一种叫做剔除的东西。他们构建了一个"世界"中存在的一切事物的树状结构。这样做的想法是，你有一个子集的这个树，表示在任何给定的时间可见的对象。换句话说，这些都是需要呈现的东西。比如说，我有一个房间，里面有一些东西。房间在树上，房间中的对象是树的子对象。如果我在房间外，我会修剪（移除）这棵树的树枝，这意味着我不渲染它。之所以效果如此好，是因为我不必评估世界上的每个对象来判断它是否应该渲染，而是我会快速修剪世界上我知道不应该渲染的整个部分。

更好的是，当我走进房间时，我会从树上修剪世界的其他部分，然后只渲染房间及其所有后代。

我认为JMonkeyEngine团队做出的许多设计决策都是基于David Eberly的书《3D游戏引擎设计》中的内容。我不知道如何实现这样一种方法的技术细节，但我敢打赌这本书对你来说将是一个很好的起点。

这里有一篇关于一些不同剔除算法的有趣文章：

  • 查看Frustum Culling
  • 背面消隐
  • 基于细胞的遮挡剔除
  • 基于PVS的任意几何体遮挡剔除
  • 其他

首先，您需要一个空间分区结构，如果您使用统一的块大小，那么最有效的结构可能是八叉树。然后你需要写一个算法，可以计算盒子是否在平面的特定一侧（或相交）。一旦你有了这些，你就可以计算出八叉树的哪些叶节点在视图截头体的六个边内——这就是视图剔除。此外，使用八叉树，您可以确定哪些块遮挡其他块（有时称为截头体遮罩），但首先要使第一部分工作。

听起来你要做的是minecraft-y类型的东西。看看这个android minecraft级别的渲染器。需要注意的是：

  • 您只需要绘制与透明块共享的块的面。例如：不要麻烦在两个不透明的方块之间画人脸——玩家永远看不到它们
  • 你可能想把你的可见块几何图形批量到chunklet中（并把它粘贴到VBO中），并在每个chunklet的基础上确定可见性。准确地找到可以看到的块可能需要比在gpu上抛出VBO并接受透支更长的时间
  • 整体填充可以很好地确定哪些小块是可见的-使用视锥体、视图方向（如果你面向+ve x方向，不要在-ve方向上整体填充）和小块数据的简单分析来限制填充（例如：如果小块的整个面是不透明的，不要通过该面整体填充）
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