《Tower Valley》是一個(gè)融合多種前沿技術(shù)的 Demo，旨在展現(xiàn)團(tuán)結(jié)引擎的實(shí)時(shí)渲染能力：結(jié)合虛擬幾何體、虛擬陰影貼圖、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全局光照、VG 植被方案等技術(shù)，呈現(xiàn)電影級(jí)的視覺(jué)效果與流暢的高性能體驗(yàn)。

歡迎體驗(yàn)《Tower Valley》

為獲得最佳游戲體驗(yàn)，請(qǐng)?jiān)?Windows 平臺(tái)使用 Tuanjie Editor 1.8.0 或更高版本。推薦配備 RTX 4070 或更高性能的顯卡，且顯存不低于 10 G，體驗(yàn)步驟：

1. 通過(guò) Git 倉(cāng)庫(kù)獲取 Demo 工程：

git checkout main

Load Demo Scenes， 待場(chǎng)景加載完畢即可體"},"attribs":{"0":"*0+1e"}},"apool":{"numToAttrib":{"0":["author","7475251529973383169"]},"nextNum":1}},"type":"text","referenceRecordMap":{},"extra":{"channel":"saas","isEqualBlockSelection":false,"pasteRandomId":"eb4e1c64-1feb-4a9d-a265-3ee2228695d8","mention_page_title":{},"external_mention_url":{}},"isKeepQuoteContainer":false,"isFromCode":false,"selection":[{"id":11,"type":"text","selection":{"start":0,"end":50},"recordId":"SgG3dvB69ogeSKxHVchcndvLnL7"}],"payloadMap":{},"isCut":false}" data-lark-record-format="docx/text">

Demo 特性

相比于 Unity6 團(tuán)隊(duì)發(fā)布的實(shí)時(shí)渲染 Demo《Time Ghost: Environment 》，在《Tower Valley》中，我們構(gòu)建了更具挑戰(zhàn)的場(chǎng)景，設(shè)計(jì)了更復(fù)雜的地形地貌，加載了數(shù)量更龐大的植被，更引入了大量的高清掃描模型資產(chǎn)，使得同屏需要處理的三角形數(shù)量峰值超過(guò)5 億；除此之外，我們還采用了實(shí)時(shí)光照和陰影技術(shù)，以此來(lái)充分驗(yàn)證引擎的渲染能力。

關(guān)鍵技術(shù)方案

在《Tower Valley》中，我們使用了一系列技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景的挑戰(zhàn)：

• 使用虛擬幾何體技術(shù)解決海量物體以及大量高模的渲染

• 使用實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全局光照輕松解決室內(nèi)場(chǎng)景的照明

• 使用虛擬陰影貼圖渲染高質(zhì)量陰影

• 使用VG植被方案處理海量草體的渲染

《Tower Valley》場(chǎng)景元素豐富且數(shù)量龐大，我們?cè)趫?chǎng)景上擺放著：

• 大量物體：共計(jì) 2 億三角面，包括地形地貌、石頭、樹(shù)木。

• 高模物體：共計(jì) 1 億三角面，包括瞭望塔 (6 千萬(wàn)三角面）、房子、裝飾物。

這種復(fù)雜的場(chǎng)景對(duì)渲染提出了很高的要求，虛擬幾何體（VG）的出現(xiàn)，輕松地化解了這個(gè)難題。VG 是一個(gè)在運(yùn)行時(shí)解決海量多邊形的圖形渲染技術(shù)， 它適用于場(chǎng)景中有著大量的物體，以及高精度模型的物體，它解決的是屏幕像素和場(chǎng)景中多邊形數(shù)目不匹配的問(wèn)題。虛擬幾何體有諸多優(yōu)勢(shì)：

• 基于 GPU 驅(qū)動(dòng)的渲染管線，具備精細(xì)的 GPU 剔除能力

• 場(chǎng)景支持海量的多邊形

• • 幾何體數(shù)據(jù)可以流式加載

  • 內(nèi)存和顯存不再受限于模型的面數(shù)

  • 有自適應(yīng) LOD 算法并有自然的過(guò)渡

• 優(yōu)化工作流

• • 無(wú)需手工制作和配置 LOD

  • 無(wú)需從高模烘焙法線貼圖

在我們的場(chǎng)景模型中，除草體以外，有共計(jì)約 3.7 億的三角面，其中有 3 億適用 VG，我們分別對(duì)比關(guān)閉和開(kāi)啟VG的性能指標(biāo)，可見(jiàn) VG 對(duì)于性能的提升非常顯著。

打開(kāi) Window > Analysis > Rendering Debugger，選擇 GDRP 標(biāo)簽頁(yè)，在對(duì)應(yīng)屬性中選擇 Buffer Visualization 為 TriangleID，可在場(chǎng)景中可視化查看VG的渲染狀態(tài)（如上圖）。

更多關(guān)于VG的用法，請(qǐng)參考：極限輕量化！團(tuán)結(jié)引擎 Virtual Geometry 入坑指南 - 技術(shù)專(zhuān)欄 - Unity 官方開(kāi)發(fā)者社區(qū)

https://developer.unity.cn/projects/66124ceeedbc2a001e3e8039

隨著虛擬幾何體（VG）的推出，常規(guī)的陰影渲染技術(shù)，如級(jí)聯(lián)陰影貼圖（CSM），已經(jīng)不能滿足高面數(shù)模型對(duì)于陰影質(zhì)量的要求，而虛擬陰影貼圖則能夠通過(guò)其超高的分辨率（16k x 16k）很好地對(duì)這一類(lèi)模型和場(chǎng)景進(jìn)行適配。VSM 是 GPU 驅(qū)動(dòng)的渲染管線技術(shù)，適用于高面數(shù)模型和大型場(chǎng)景，它具有諸多優(yōu)勢(shì)。

VSM 優(yōu)勢(shì)一：質(zhì)量更高

下圖對(duì)比了 Tuanjie Editor 中級(jí)聯(lián)陰影貼圖（CSM）和虛擬陰影貼圖（VSM）的效果差異。得益于分辨率的提升，VSM 能夠取得更好的陰影質(zhì)量。

測(cè)試條件：對(duì)于級(jí)聯(lián)陰影貼圖，我們將 Resolution 選項(xiàng)設(shè)置為 High，并將 Angular Diameter Scale for Softness 設(shè)置為 0 來(lái)渲染硬陰影。在 Volume 中，級(jí)聯(lián)陰影貼圖的 Max Distance 被設(shè)置為 400。

VSM 優(yōu)勢(shì)二：大型場(chǎng)景性能更好

我們構(gòu)建了一個(gè) 3200m * 1000m，包含大約 40 萬(wàn)個(gè) Game Object 的大型場(chǎng)景，對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

我們對(duì)比了 VSM 和 CSM 的硬陰影的性能差異，不難發(fā)現(xiàn)：

• VSM 的性能顯著優(yōu)于其他幾種方案，耗時(shí)約為表現(xiàn)第二的 CSM+VG（400m）方案的一半。

• 在采用 CSM 的方案中，我們也能看到開(kāi)啟 VG 后能夠極大提升 CSM 的性能表現(xiàn)。

測(cè)試場(chǎng)景中，大小為 7m * 9m 的面積里，包含了 120 個(gè)面片數(shù)量約為 300 萬(wàn)面的高精度模型，對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

我們發(fā)現(xiàn)：在渲染小場(chǎng)景中的高精度模型陰影時(shí)，雖然 VSM 的 CPU 耗時(shí)略微高于 CSM（我們還將持續(xù)優(yōu)化這部分開(kāi)銷(xiāo)），但是 GPU 耗時(shí)大大降低了。

綜上，VSM 在性能和質(zhì)量的表現(xiàn)上，都有明顯優(yōu)勢(shì)，因此，我們推薦大家在使用 VG 的項(xiàng)目中，同時(shí)開(kāi)啟 VSM 和 VG 以取得最好的效果。

VSM 用法請(qǐng)參考： 團(tuán)結(jié)引擎 - 手冊(cè): 如何使用虛擬陰影貼圖

https://docs.unity.cn/cn/tuanjiemanual/Manual/VirtualShadowMap-HowToUse.html

在 Tower Valley 場(chǎng)景中，對(duì)室內(nèi)場(chǎng)景車(chē)庫(kù)的渲染，我們啟用了團(tuán)結(jié)引擎的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全局光照系統(tǒng)（TuanjieGI)。它是團(tuán)結(jié)引擎 1.7.0 版本推出的全局光照和反射系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)渲染出逼真的光照效果，而無(wú)需預(yù)烘焙光照貼圖。它具有以下特性：

• 實(shí)時(shí)響應(yīng)場(chǎng)景的動(dòng)態(tài)變化，如光源的移動(dòng)、游戲?qū)ο蟮奶砑踊騽h除，材質(zhì)的修改等。

• 綜合考慮直接和間接光照，模擬光線在整個(gè)場(chǎng)景中的傳播行為。

• 使用屏幕空間光線追蹤、距離場(chǎng)等軟件光線追蹤技術(shù)，無(wú)需特定顯卡支持。

• 基于 Volume Profile 的配置選項(xiàng)，允許精細(xì)調(diào)整全局、局部光照效果

• 與虛擬幾何體技術(shù)無(wú)縫集成，無(wú)需復(fù)雜設(shè)置

TuanjieGI 用法請(qǐng)參考：

https://docs.unity.cn/cn/tuanjiemanual/Manual/TuanjieGI.html

我們希望通過(guò)多種技術(shù)的組合使用，兼顧優(yōu)秀的渲染性能和良好的光照效果。因此我們構(gòu)建了一個(gè)由超多高清掃描資產(chǎn)組成的場(chǎng)景，并測(cè)試多種技術(shù)組合的性能參數(shù)。

在這個(gè)測(cè)試場(chǎng)景里，同屏處理三角形數(shù)量峰值超過(guò) 1.2 億。測(cè)試條件：RTX 5060Ti，顯存 8 GB，Play Mode 輸出分辨率設(shè)置為 1920*1080。測(cè)試數(shù)據(jù)如下：

不難發(fā)現(xiàn)，在適用的場(chǎng)景里，TuanjieGI / VG / VSM 的協(xié)同使用，能取得較好的預(yù)期效果。

獲取上述Demo，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)：

https://cnb.cool/tuanjie/TuanjieGI_Demo_Tower/

《Tower Valley》場(chǎng)景的復(fù)雜和渲染壓力，同樣體現(xiàn)在海量草體的渲染。在場(chǎng)景中有超過(guò) 3000 萬(wàn)棵草，使用傳統(tǒng)的植被渲染方案將給 CPU 帶來(lái)極大的計(jì)算壓力，我們結(jié)合使用了 VG 和 Tile Impostor 技術(shù)來(lái)緩解壓力。VG 除了作用于復(fù)雜模型這一傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，其 GPU Driven 的特性使得在進(jìn)行大量植被的渲染時(shí)，也能取得相應(yīng)的性能提升。VG 植被方案將原本在 CPU 上進(jìn)行的部分工作，例如場(chǎng)景 Instance 管理與 Culling 流程，轉(zhuǎn)移到了 GPU 上進(jìn)行，使得整個(gè)流程變得更為 GPU Driven，從而緩解 CPU 壓力，并獲得良好的性能表現(xiàn)，其關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)體現(xiàn)在：

• 使用 VG 渲染近處草，Tile Impostor 渲染遠(yuǎn)處草，從而取得最優(yōu)的性能收益。

• 近處的植被使用 VG 渲染，與傳統(tǒng) Renderer 開(kāi)啟 VG 略有不同的是，我們通過(guò)調(diào)用 API 一次性將大量草體 Instance 數(shù)據(jù)和它們對(duì)應(yīng)的 Prefab 數(shù)據(jù)傳輸至 VG Manager，從而保證效率最大化。

• 視野遠(yuǎn)處存在的大量植被會(huì)導(dǎo)致渲染時(shí)嚴(yán)重的 Over draw，為了解決這一問(wèn)題，我們使用 Tile Impostor 渲染遠(yuǎn)景草，將 100m * 100m 的草地劃為一個(gè) Tile，并烘焙為 Prefab，減輕運(yùn)行時(shí)渲染開(kāi)銷(xiāo)。

• 對(duì)于 VG 草體，不在內(nèi)存中創(chuàng)建傳統(tǒng) Renderer 所需的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，從而減輕內(nèi)存壓力和 CPU 計(jì)算量。同時(shí)，將草體對(duì)應(yīng)的 VG Instance 與一般 Renderer 對(duì)應(yīng)的 VG Instance 做區(qū)分，刪減草體對(duì)應(yīng)的 VG Instance 所需的數(shù)據(jù)量，極致輕量化，減輕顯存壓力。

• 優(yōu)化 VG 數(shù)據(jù)上傳 GPU 效率，保證 CPU 和 GPU 之間每幀發(fā)生海量數(shù)據(jù)交互時(shí)，仍能維持一個(gè)穩(wěn)定的幀率。

• 針對(duì) VG 草體和頂點(diǎn)動(dòng)畫(huà)，優(yōu)化 VSM Cache 的更新機(jī)制，只更新設(shè)定范圍內(nèi)的 VSM Cache，從而節(jié)省計(jì)算量，提升性能。

當(dāng)前，VG 植被方案在不斷地開(kāi)發(fā)完善中，包括頂點(diǎn)動(dòng)畫(huà)的性能優(yōu)化、TAA 支持以及內(nèi)置的 Impostor 方案等，預(yù)計(jì)未來(lái)將會(huì)取得更優(yōu)的性能和更好的效果。

Known issues

• 虛擬幾何體的頂點(diǎn)動(dòng)畫(huà)對(duì) TAA 抗鋸齒支持尚不完善，在工程設(shè)置中已開(kāi)啟 RTX 顯卡的 DLSS 超分功能以優(yōu)化畫(huà)質(zhì)，但在非 RTX 顯卡上草體的搖曳擺動(dòng)會(huì)有明顯的拖影。

• 在顯存不足 10G 的 PC 上，使用 Game Mode 時(shí)可能會(huì)遭遇顯存耗盡并使用共享顯存，從而導(dǎo)致 Editor 異常卡頓的情況。

• 啟用 TuanjieGI Reflection 后，鏡頭運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，反射區(qū)域可能出現(xiàn)輕微跳變。

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