剔除算法总结

 

 剔除算法汇总：

（1）距离剔除：物体与相机的最大或最小距离，可能最大距离还要加上fadeDistance，来判断物体是否被剔除。距离剔除原理简单，效率高，cpu端运行。ue4的实现在FScene的ComputeViewVisibility函数调用的FrustumCUll函数。ue4可以用culling volume，根据物体的体积设置剔除距离，这个剔除volume可以嵌套。

UWorld：：UpdateCullDistanceVolumes里面，更新volumme或者actor或者primitive时被调用，主要是更新primitive对应的距离信息。primitive信息渲染线程用的FPrimitiveSceneInfo，里面会设置PrimitiveBOund的最大渲染距离，最后在上面的cull函数里，用的就是这个bound的最大渲染距离。

（2）视锥体剔除：应用程序阶段，判断是否在视锥体内，将视锥体外的物体剔除。用物体的包围盒和fov、近裁剪面、远裁剪面的距离等计算。ue4默认开启的，在FrustumCUll函数中实现，分为包围球和包围盒两种方式。

可以在场景中添加一个cinecameraActor，在perspective处将画面切到这个cinecameraActor,即看到相机的视角。命令行输入：freezerendering回车。然后点击左上角的弹出按钮（向上的三角形），移动摄像机，看到视锥体外的东西没有了。再输入freezerendering解除冻结，看到东西又回来了。

 stat initviews

toggledebugcamera这个要在运行时，输入 有一些快捷键 比如f能冻结场景  ，和句号  能变化fov。

（3) occluder剔除（软件剔除）：应用程序阶段，首先用cpu绘制一个低分辨率的z-buffer，在z-buffer上绘制较大的遮挡体，然后绘制小物体的包围盒，执行遮挡查询操作。纯cpu，集成简单，需要美术设置遮挡体（ue4的遮挡体还可以设置lod），消耗基于正在构建场景的lod网格和遮挡物的数量。virtual void AddElements(const FOccluderVertexArraySP& Vertices, const FOccluderIndexArraySP& Indices, const FMatrix& LocalToWorld)函数搜集遮挡体图元的几何信息。

SceneSoftwareOcclusion.cpp            RasterizeOccluderTri光栅化遮挡物三角形

class FSWOccluderElementsCollector : public FOccluderElementsCollector
{
public:
	FSWOccluderElementsCollector(FOcclusionSceneData& InData)
		: SceneData(InData)
	{
		SceneData.NumOccluderTriangles = 0;
	}
	
	void SetPrimitiveID(FPrimitiveComponentId PrimitiveId)
	{
		CurrentPrimitiveId = PrimitiveId;
	}

	virtual void AddElements(const FOccluderVertexArraySP& Vertices, const FOccluderIndexArraySP& Indices, const FMatrix& LocalToWorld) override
	{
		SceneData.OccluderData.AddDefaulted();
		FOcclusionMeshData& MeshData = SceneData.OccluderData.Last();

		MeshData.PrimId = CurrentPrimitiveId;
		MeshData.LocalToWorld = LocalToWorld;
		MeshData.VerticesSP = Vertices;
		MeshData.IndicesSP = Indices;

		SceneData.NumOccluderTriangles+= Indices->Num()/3;
	}

public:
	FOcclusionSceneData& SceneData;
	FPrimitiveComponentId CurrentPrimitiveId;
};

　　collector搜集几何信息（点、索引、primId），导入SceneData中。SceneData也包含被遮挡物的几何信息。static void ProcessOcclusionFrame(const FOcclusionSceneData& InSceneData, FOcclusionFrameResults& OutResults)这个函数可能处理遮挡，输出结果。

 static void ProcessOccluderGeom(const FOcclusionSceneData& SceneData, FOcclusionFrameData& OutData) //光栅化遮挡物的三角形，转换到clip空间，然后跟近裁剪面、左、右、上下进行检测。

FOcclusionSceneData结构存储Occludee的信息（boundBOx的min和max，primId）

（4）视口剔除：投影变换之后，屏幕映射之前。几何阶段后期，是渲染管线的必要一环。图元完全或部分在ndc中时，才将其送到光栅化阶段。完全在ndc内的直接送下一阶段，完全在ndc外的完全舍弃，部分在ndc外的需要裁剪，可能会产生新的顶点。

（5）背面剔除：光栅化阶段，先判断多边形朝向，并和观察方向比较，通过设置顺/逆时针方向为正面。

（6）动态遮挡查询：在深度测试时，得到待剔除物体，在应用程序阶段执行。遮挡查询允许你在绘制前，向gpu插入一条查询，绘制结束后，从gpu将查询结果读到系统内存。一般都用上一帧的结果。ue4的OcclusionCull函数里包含了用预计算可见性数据判断可见性和遮挡查询相关代码。硬件的动态遮挡查询在ue4里几种遮挡算法里最费的一种。由于是将上一帧的回读，就会出现突然冒出来的情况，可以将遮挡物的Bound Scale设为大点儿的值，比如1.25，就会有所改善。另外，不要做小的物体，做成整块的。或者，用r.HZBOcclusion 1开启hzb再通知gpu进行遮挡测试，测的物体更少，也能改善。Show->Advanced->Bounds可以看到物体的包围盒。有的手机也支持动态遮挡查询了。用哪些遮挡算法也要灵活，开启预计算可见性剔除后就可以关闭动态遮挡查询。

（7）Early-z culling，硬件自动完成。顶点着色器后就知道物体的深度了，在光栅化阶段就可以将被遮挡的片元剔除不进入片元着色器阶段。但有深度写入，alpha test的情况就无法进行。但据测试，即使当前dc由于深度写入或者alpha test无法剔除，下个dc还是可以的。ue4引入了pre-z，解决深度写入就无法early-z的问题。

（8）hiz culling：几何shader得到待剔除物体后，在顶点shader执行。基于gpu，用几何着色器先生成物体的包围盒，再根据包围盒选定对应层级处的深度图等等，具体看参考文档。

https://github.com/nvpro-samples/gl_occlusion_culling

（9）预计算可见性体积：先烘焙，后用。ue4一般是可玩区域放置可见性体积，进行烘焙。

const uint8* FSceneViewState::GetPrecomputedVisibilityData(FViewInfo& View, const FScene* Scene).

查找当前摄像机在哪个bucket，哪个cell，从而获取该cell的数据：uint8* PrecomputedVisibilityData(FViewInfo& View, const FScene* Scene) 的预计算可见性数据

ue4遮挡的几个问题：剔除后，只是不渲染了，蓝图和碰撞还是在的。instance物体按照簇进行剔除的。r.visualizeOccludedObject看被遮挡的物体。vr：轮询遮挡查询。

 

 

 

参考文档：

1. Understanding Culling Methods： https://www.youtube.com/watch?v=6WtE3CoFMXU&t=1584s

2. Hi-Z GPU Occlusion Culling（遮挡剔除）： https://zhuanlan.zhihu.com/p/47615677

3. 剔除算法综述 https://zhuanlan.zhihu.com/p/74936111
4. Hierarchicl Z-buffer可见性算法 https://zhuanlan.zhihu.com/p/80789138