1. 遠(yuǎn)處的摩爾紋和近處的模型抖動(dòng)Mipmap與LOD到底在解決什么1.1 一個(gè)簡單引擎也躲不過的渲染事故當(dāng)我在做一個(gè)簡化版引擎時(shí)第一個(gè)真正讓我頭皮發(fā)麻的畫面問題不是光照不對而是地板紋理在鏡頭拉遠(yuǎn)時(shí)開始瘋狂閃爍像有一層白色雪花在瓷磚縫里跳舞。與此同時(shí)遠(yuǎn)處山坡上的低模樹樁每一幀都在輕微抖動(dòng)邊緣像有碎振動(dòng)。這兩個(gè)現(xiàn)象一個(gè)是典型的高頻紋理欠采樣另一個(gè)是幾何體下采樣后的時(shí)序抖動(dòng)——本質(zhì)上都是同一類問題我們讓渲染管線以超出它分辨率能力的方式去表達(dá)細(xì)節(jié)。Mipmaps和LOD就是解決這兩個(gè)問題最經(jīng)典也最實(shí)用的工程手段。Mipmap為紋理提前生成一組逐級降低分辨率的備份當(dāng)屏幕像素密度不足以重現(xiàn)高頻細(xì)節(jié)時(shí)GPU自動(dòng)切換到模糊的層級避免閃爍和摩爾紋。LOD則為同一個(gè)物體準(zhǔn)備多檔精度的網(wǎng)格離得遠(yuǎn)就畫粗模型的把三角形預(yù)算讓給屏幕里更值得表現(xiàn)的部分。在商業(yè)引擎里這兩個(gè)功能往往是一行設(shè)置的事勾上Generate Mipmaps再開一個(gè)Auto LOD。但在一個(gè)自己從零搭的簡單引擎里這兩件事都要親手串起來——從紋理資源的生成、上傳到渲染管線的采樣狀態(tài)再到模型數(shù)據(jù)的組織與運(yùn)行時(shí)切換。整個(gè)過程走一遍比看十遍文檔都有效。這篇內(nèi)容適合正在自研引擎、或者想搞明白引擎里那個(gè)Mipmap選項(xiàng)到底在做什么的開發(fā)者。我會(huì)把原理、實(shí)現(xiàn)鏈路、工程接入和踩坑記錄全部攤開講代碼以O(shè)penGL風(fēng)格為例但思路是圖形API通用的。1.2 為什么遠(yuǎn)處的細(xì)節(jié)會(huì)爆炸欠采樣原理快速回顧先把最基礎(chǔ)的概念補(bǔ)上。屏幕上每個(gè)像素對應(yīng)紋理上的一個(gè)區(qū)域當(dāng)物體拉遠(yuǎn)時(shí)一個(gè)像素對應(yīng)的紋理區(qū)域會(huì)變大。如果這個(gè)區(qū)域里包含了很多明暗交替的細(xì)節(jié)高頻分量而GPU只取一個(gè)點(diǎn)去采樣點(diǎn)濾波那這個(gè)像素就會(huì)被隨機(jī)落到某個(gè)亮或暗的texel上。相鄰像素隨機(jī)性不同就形成了閃爍和摩爾紋。這本質(zhì)上是采樣頻率低于信號(hào)頻率導(dǎo)致的混疊。根據(jù)奈奎斯特采樣定理要無失真地重建一個(gè)頻率為f的信號(hào)采樣頻率必須至少達(dá)到2f。屏幕上每個(gè)像素是一個(gè)采樣點(diǎn)它的采樣頻率由投影后的像素密度決定當(dāng)紋理細(xì)節(jié)頻率高于這個(gè)密度時(shí)必然產(chǎn)生混疊?，F(xiàn)實(shí)里我見過不少同學(xué)試圖靠把紋理分辨率調(diào)低一點(diǎn)來解決問題其實(shí)方向反了——分辨率再高相機(jī)拉得足夠遠(yuǎn)高頻細(xì)節(jié)一樣會(huì)超出像素密度的表達(dá)上限閃爍只會(huì)換個(gè)距離重新出現(xiàn)。解決方向只有兩個(gè)一是提高采樣頻率也就是提高渲染分辨率但這是治標(biāo)不治本二是在采樣之前把高頻過濾掉這正是Mipmap在做的事——預(yù)先對紋理做低通濾波每一級mip相當(dāng)于以不同頻率上限得到的模糊但無鋸齒的版本。1.3 這兩個(gè)問題為什么經(jīng)常一起處理如果只看畫面問題Mipmap和LOD可以完全分開解決。但它們在工程組織上有兩個(gè)共同點(diǎn)都需要預(yù)生成多份數(shù)據(jù)都需要運(yùn)行時(shí)根據(jù)視距選擇合適版本。很多引擎把Mipmap和LOD放在同一個(gè)Resource Manager里管理原因就在這里紋理有一套mip chain模型有一套LOD chain本質(zhì)都是同一個(gè)思路——預(yù)生成、運(yùn)行時(shí)選擇、生命周期管理。它們還有一個(gè)共同的收益降低帶寬。Mipmap讓GPU在遠(yuǎn)處像素上不必讀取全分辨率紋理的texel代價(jià)是紋理總內(nèi)存增加約1/3LOD讓GPU不必渲染遠(yuǎn)處龐大三角形數(shù)的網(wǎng)格代價(jià)是維護(hù)多套網(wǎng)格數(shù)據(jù)。在帶寬受限的移動(dòng)平臺(tái)上這兩個(gè)優(yōu)化往往是不做就卡做了就順的關(guān)鍵。所以我一直認(rèn)為簡單引擎也值得認(rèn)真做這兩件事它們直接決定引擎在不同場景下的幀率下限和畫面質(zhì)量下限。2. 從2x2平均到4/3內(nèi)存Mipmap的生成算法與采樣鏈路拆解2.1 Mipmap不是一堆縮小圖而是一組預(yù)濾波結(jié)果Mipmap這個(gè)概念最早在1983年的圖形學(xué)論文中提出思路是把一張?jiān)技y理做一系列2x2降采樣得到第0級原始尺寸、第1級1/2寬高、第2級1/4寬高一直到1x1像素。每一級都攜帶了前一級的高頻信息被低頻過濾后的結(jié)果。你可能覺得這不過是把圖縮小幾份遠(yuǎn)處選張模糊貼上去實(shí)際不是。GPU采樣的時(shí)候并不是只選某一級而是在相鄰兩級之間做三線性插值Trilinear Filtering先在同一級內(nèi)做雙線性插值再在相鄰兩級之間做一次線性混合。這個(gè)混合系數(shù)來自屏幕像素在紋理坐標(biāo)上的導(dǎo)數(shù)也就是這個(gè)像素實(shí)際覆蓋了多大一塊紋理區(qū)域。代碼里你通常只設(shè)置采樣器的過濾方式很少直接干預(yù)mip級但調(diào)試時(shí)要理解GPU內(nèi)部會(huì)通過紋理坐標(biāo)的偏導(dǎo)數(shù)估算足跡再換算成需要哪一級。所以mip級別的選擇本質(zhì)是一個(gè)由視距和斜率驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)過程。把物體拉遠(yuǎn)紋理足跡變大系統(tǒng)自動(dòng)往高mip級模糊那邊走湊近看又自動(dòng)回到第0級取細(xì)節(jié)。這個(gè)自動(dòng)切換如果做得好肉眼幾乎察覺不到做得不好就會(huì)出現(xiàn)一層一層模糊跳變那是后面要聊的采樣參數(shù)問題。2.2 在CPU端自己生成mip鏈濾波核與邊緣處理在簡單引擎中最省事的方案是調(diào)用圖形API的自動(dòng)生成接口比如OpenGL里的glGenerateMipmap。但如果你希望資源加載階段可控、可調(diào)試、可離線預(yù)處理自己實(shí)現(xiàn)一遍生成邏輯會(huì)更有底。最經(jīng)典的生成器是盒式濾波器把2x2的四個(gè)texel顏色做平均得到下一級的一個(gè)texel。每降一級圖像細(xì)節(jié)減半。偽代碼如下void GenerateMipChain(std::vectorImage mips) { const Image base mips[0]; Image prev base; while (prev.width 1 || prev.height 1) { Image next(prev.width / 2, prev.height / 2); for (int y 0; y next.height; y) { for (int x 0; x next.width; x) { Color c Average4( prev.GetPixel(2*x, 2*y), prev.GetPixel(2*x 1, 2*y), prev.GetPixel(2*x, 2*y 1), prev.GetPixel(2*x 1, 2*y 1)); next.SetPixel(x, y, c); } } mips.push_back(next); prev next; } }這段代碼里有一個(gè)容易忽略的細(xì)節(jié)奇數(shù)尺寸紋理。寬高除以2向下取整時(shí)最后一行或一列會(huì)被丟掉。實(shí)踐里更穩(wěn)妥的做法是面積平均——讓每個(gè)mip像素覆蓋上游對應(yīng)范圍內(nèi)所有texel的均值而不是嚴(yán)格的2x2。對普通素材兩者差別不大純盒式濾波就夠用了。只有做高質(zhì)量離線工具時(shí)才需要考慮Kaiser窗口、三角形濾波器或Catmull-Rom銳化那些更復(fù)雜的方案。另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)是邊緣處理。當(dāng)UV超出[0,1]范圍比如用了重復(fù)尋址模式GPU生成mip時(shí)如何處理邊緣直接影響平鋪紋理在遠(yuǎn)處的接縫表現(xiàn)。最穩(wěn)妥的做法是在生成第0級之前把紋理左右、上下各擴(kuò)展復(fù)制一圈——把靠邊的像素鏡像到對側(cè)去這樣降采樣時(shí)能感知到相鄰周期內(nèi)的顏色生成的mip鏈在REPEAT模式下才不會(huì)出現(xiàn)黑邊或白邊。這個(gè)坑我在第五節(jié)詳細(xì)說。2.3 GPU端采樣狀態(tài)兩個(gè)過濾器參數(shù)決定畫質(zhì)紋理上傳并攜帶mip鏈之后渲染時(shí)真正需要決策的只有兩個(gè)采樣參數(shù)MIN_FILTER和MAG_FILTER。前者決定當(dāng)屏幕像素覆蓋的texel區(qū)域大于1時(shí)縮小采樣如何選點(diǎn)后者決定當(dāng)覆蓋小于1個(gè)texel時(shí)放大采樣如何選點(diǎn)。常規(guī)配置可以參考這張表使用場景MIN_FILTERMAG_FILTER效果三線性推薦默認(rèn)GL_LINEAR_MIPMAP_LINEARGL_LINEAR相鄰mip級平滑過渡雙線性mip就近GL_LINEAR_MIPMAP_NEARESTGL_LINEAR有明顯mip切換跳變關(guān)閉mip只雙線性GL_LINEARGL_LINEAR遠(yuǎn)處會(huì)閃爍、摩爾紋調(diào)試用全點(diǎn)采樣GL_NEARESTGL_NEAREST無可參考性通常只用于觀察像素化三線性過濾是最容易獲得還算不錯(cuò)畫質(zhì)的起點(diǎn)。再往上升一步就是各向異性過濾Anisotropic Filtering它能處理斜視地面這類場景——像素在紋理空間里呈現(xiàn)為不對稱的長條形狀標(biāo)準(zhǔn)mipmap會(huì)把兩個(gè)方向一起模糊導(dǎo)致地板斜著看糊成一片。各向異性過濾會(huì)沿最長導(dǎo)數(shù)方向多采樣幾次斜視清晰度提升非常明顯。實(shí)際開啟方式上現(xiàn)代GPU普遍支持到8x或16x各向異性但接口寫得比較啰嗦需要先查詢能力再設(shè)置參數(shù)GLfloat maxAniso 0.f; glGetFloatv(GL_MAX_TEXTURE_MAX_ANISOTROPY_EXT, maxAniso); glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAX_ANISOTROPY_EXT, std::min(4.0f, maxAniso));提示各向異性過濾不是替代Mipmap而是在Mipmap基礎(chǔ)上對斜視采樣做補(bǔ)償兩者是疊加關(guān)系。先保證mipchain存在再談各向異性順序別反。3. 一套模型的多副面孔幾何LOD的構(gòu)建、簡化與切換策略3.1 三角形預(yù)算視角為什么遠(yuǎn)處的東西不該那么精致幾何LOD的核心思想一句話就能說清遠(yuǎn)處物體在屏幕上只占幾個(gè)像素你卻用幾萬三角形去渲染純屬浪費(fèi)?，F(xiàn)代GPU三角形吞吐量不低但頂點(diǎn)處理、光柵化、帶寬和后續(xù)像素填充的開銷都會(huì)隨三角形數(shù)上升。場景里如果有大量重復(fù)物件差距立刻被放大。舉個(gè)我實(shí)際跑過的例子場景里放100棵樹每棵5萬三角形合計(jì)500萬三角形。沒有LOD時(shí)哪怕樹已經(jīng)退到屏幕邊緣變成幾個(gè)像素也得把這500萬三角形全部處理完。加LOD后遠(yuǎn)處樹切到500三角形的版本100棵樹的三角形開銷降到5萬節(jié)省99%。移動(dòng)端上這種優(yōu)化尤其重要因?yàn)橐苿?dòng)GPU頂點(diǎn)處理能力比桌面差得多帶寬和發(fā)熱也都是硬約束。LOD不止是省三角形還關(guān)系到幀率的穩(wěn)定性。如果近距離三角形激增、遠(yuǎn)距離驟減幀時(shí)間會(huì)忽高忽低體感就是卡一下、順一下。合理的LOD切換能讓GPU負(fù)載在不同距離范圍保持相對均勻幀時(shí)間曲線平滑很多。3.2 網(wǎng)格簡化從自動(dòng)減面工具到離線管線準(zhǔn)備多檔LOD第一步是生成簡化網(wǎng)格。簡單引擎里最務(wù)實(shí)的做法不是自己寫一套簡化算法而是用離線工具或開源算法庫預(yù)先減面導(dǎo)出為多套網(wǎng)格文件。業(yè)界用得最廣的簡化算法是QEMQuadric Error Metrics二次誤差度量思路是迭代地挑選合并后幾何誤差最小的邊進(jìn)行坍縮直到三角形數(shù)達(dá)到目標(biāo)。誤差用二次曲面近似衡量所以能優(yōu)先保住輪廓和特征線。自己在簡單項(xiàng)目里完全可以直接用3D建模軟件或開源網(wǎng)格處理庫的減面功能把高模減到75%、50%、25%、10%三角形數(shù)導(dǎo)出成幾個(gè)文件。我的做法是在資源管線里約定命名規(guī)則tree_LOD0.mesh、tree_LOD1.mesh……加載時(shí)統(tǒng)一裝入同一個(gè)LODGroup組件。如果確實(shí)想自己實(shí)現(xiàn)簡化算法推薦從最基礎(chǔ)的頂點(diǎn)聚類Vertex Clustering開始把模型所在空間劃分成均勻網(wǎng)格每個(gè)格子內(nèi)的頂點(diǎn)合并成一個(gè)代表點(diǎn)從而降低頂點(diǎn)數(shù)。這個(gè)方法簡單、可控、穩(wěn)定畫質(zhì)損失確實(shí)比QEM明顯但用來理解簡化的本質(zhì)是信息取舍非常合適。跑通這條鏈路之后再去換成QEM也不遲。3.3 距離計(jì)算與切換閾值別讓LOD閃來閃去網(wǎng)格準(zhǔn)備好之后運(yùn)行時(shí)要做兩件事算距離、選LOD。距離計(jì)算通常有兩種口徑相機(jī)到物體包圍球中心的距離簡單穩(wěn)定相機(jī)到包圍盒表面的距離更精確適合從內(nèi)部穿過的隧道類物體。我默認(rèn)用包圍球中心距離開銷低戶外場景里差距不大。切換閾值的選擇也有兩種思路。一種是直接給世界距離閾值比如50米切LOD1、150米切LOD2直觀、好調(diào)、容易理解。另一種是屏幕空間誤差Screen-Space Error把物體最大簡化誤差投影到屏幕上當(dāng)誤差小于某個(gè)像素?cái)?shù)時(shí)才切換更專業(yè)但調(diào)試成本高。簡單引擎強(qiáng)烈建議先用距離閾值跑起來之后再手工微調(diào)。這里有一個(gè)非常容易踩的細(xì)節(jié)延遲切換Hysteresis。如果切換閾值是20米物體在19.9米和20.1米之間來回移動(dòng)就會(huì)出現(xiàn)頻繁切換肉眼看到的就是模型在抽搐。解決辦法是讓升到更精細(xì)檔和降到更粗糙檔的閾值之間留一段緩沖區(qū)。比如LOD1在距離小于30米時(shí)切上來但要到距離大于45米時(shí)才切下去。這個(gè)緩沖區(qū)間能消掉大部分抖動(dòng)。3.4 離散LOD vs 連續(xù)LOD簡單引擎先走哪條路主流水引擎里還有一種做法叫連續(xù)LODContinuous LOD同一份數(shù)據(jù)在運(yùn)行時(shí)根據(jù)距離動(dòng)態(tài)調(diào)整拓?fù)鋵?shí)時(shí)增減三角形。它省內(nèi)存還能避免切換瞬間的pop模型突變但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度高而且在Deferred渲染或靜態(tài)批次場景里要處理很多邊界情況。對simple engine我的建議非常明確先用離散LOD每檔一個(gè)mesh把框架跑通再說。離散LOD唯一的缺點(diǎn)就是切換時(shí)可能有個(gè)可見突變但這個(gè)突變可以通過三種手段壓到很低把切換點(diǎn)放在物體移動(dòng)慢、屏幕占比小的位置用淡入淡出或頂點(diǎn)位置的線性過渡以及最樸素的——讓相鄰兩檔網(wǎng)格的拓?fù)浔M量接近。等框架穩(wěn)了若真有地形或大量植被需要連續(xù)過渡再演進(jìn)到CLOD也不晚。4. 接入渲染管線的工程細(xì)節(jié)驅(qū)動(dòng)能力、內(nèi)存開銷與采樣器配置4.1 紋理上傳一次提交整個(gè)mip鏈在簡單引擎里合理的數(shù)據(jù)流是導(dǎo)入器把mip鏈全部生成好渲染層創(chuàng)建紋理時(shí)用glTexImage2D逐級上傳。如果你用glGenerateMipmap自動(dòng)生成第0級上傳完后調(diào)用一次接口即可但這會(huì)在運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生GPU端生成開銷。我更傾向于在資源加載階段就準(zhǔn)備好完整mip鏈避免每次新建紋理時(shí)重復(fù)計(jì)算。偽代碼如下GLuint CreateTexture2D(const std::vectorImage mips, bool aniso) { GLuint tex; glGenTextures(1, tex); glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, tex); for (int level 0; level (int)mips.size(); level) { const Image img mips[level]; glTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, level, GL_RGBA8, img.width, img.height, 0, GL_RGBA, GL_UNSIGNED_BYTE, img.data.data()); } glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR_MIPMAP_LINEAR); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_S, GL_REPEAT); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_WRAP_T, GL_REPEAT); if (aniso) { GLfloat maxAniso 0.f; glGetFloatv(GL_MAX_TEXTURE_MAX_ANISOTROPY_EXT, maxAniso); glTexParameterf(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAX_ANISOTROPY_EXT, std::min(4.0f, maxAniso)); } return tex; }這段代碼的潛在問題在于GL_MAX_TEXTURE_MAX_ANISOTROPY_EXT這個(gè)枚舉在不同驅(qū)動(dòng)上的兼容性以及從glTexImage2D開始到設(shè)置參數(shù)過程中任何一步的資源泄漏——如果外部代碼忘了glDeleteTextures一個(gè)帶mip鏈的紋理就會(huì)白白占著幾MB顯存不放。所以我會(huì)建議在Texture類里用RAII管理生命周期析構(gòu)時(shí)統(tǒng)一釋放。4.2 內(nèi)存賬要算清Mipmap實(shí)際只多占1/3很多人一聽說mipmap以為內(nèi)存會(huì)翻倍其實(shí)并沒有。等比降采樣后整條mip鏈的總內(nèi)存是原始紋理的4/3也就是增加約33%。推導(dǎo)很簡單第0級占1份第1級占1/4第2級占1/16……幾何級數(shù)求和S 1 1/4 1/16 1/64 ... 1 / (1 - 1/4) 4/3所以1024x1024的RGBA8紋理原始占4MB帶完整mip鏈后約5.33MB。場面上一串小紋理累加大概多占1/3顯存——這個(gè)代價(jià)換來的卻是巨大的帶寬節(jié)省因?yàn)檫h(yuǎn)處的像素不再需要把全分辨率texel從顯存拖進(jìn)緩存。做性能分析時(shí)這是一個(gè)非常劃算的交換。但要注意壓縮紋理的情況。ASTC、BC7等格式的每一級mip都有獨(dú)立的壓縮尺寸而且不同格式對最小尺寸對齊有要求比如某些格式要求每級寬高是4的倍數(shù)。如果在生成mip鏈時(shí)沒有提前對齊尺寸最后一兩級可能出現(xiàn)無效數(shù)據(jù)或加載失敗。這個(gè)問題在導(dǎo)入管線里就要定好規(guī)范壓縮紋理由離線工具統(tǒng)一做好mip鏈運(yùn)行時(shí)只負(fù)責(zé)上傳不做在線生成。4.3 LOD數(shù)據(jù)組織LODGroup和渲染器的協(xié)作在運(yùn)行時(shí)我用一個(gè)LODGroup組件來管理一個(gè)物體的所有LOD網(wǎng)格struct LODGroup { std::vectorMesh* meshes; // LOD0, LOD1, ... std::vectorfloat minDistances; // 每級生效的最小距離 float switchRange; // 遲滯緩沖區(qū)間 };渲染器每幀的邏輯是取出相機(jī)位置計(jì)算物體中心到相機(jī)的距離從LOD0開始向后找選擇第一個(gè)滿足dist minDistances[i]的mesh找不到則使用最后一級。配合前面說的遲滯升級和降級各用一張不同的距離表就能有效防止抖動(dòng)。這里還有一個(gè)容易忽略的優(yōu)化LOD選擇不一定每幀都算。很多引擎會(huì)做按幀抽樣比如每隔0.2秒重新計(jì)算一次距離并選擇LOD中間幀沿用上一次結(jié)果。對慢速移動(dòng)的物體效果明顯能省一點(diǎn)CPU但要注意延遲不能大否則玩家快速轉(zhuǎn)頭時(shí)會(huì)看到遠(yuǎn)處的LOD切換明顯滯后。4.4 Shader側(cè)配合采樣器聲明與mip級控制接入渲染管線后Shader里通常只需要把紋理采樣器聲明成sampler2D過濾狀態(tài)由紋理對象本身決定。但如果你想主動(dòng)控制mip級比如做基于視角的銳化或者某些混合特效可以用textureLod(sampler, uv, lod)顯式指定。這在Mipmap調(diào)試時(shí)特別有用固定寫一個(gè)LOD值就能直接觀察某個(gè)層級的畫面。還有一個(gè)常見誤區(qū)設(shè)置GL_TEXTURE_MAX_LOD限制了最大mip級卻忘記設(shè)GL_TEXTURE_MIN_LOD下限導(dǎo)致某些驅(qū)動(dòng)從異常層級開始采樣。低配設(shè)備上偶爾出現(xiàn)的顏色偏差排查時(shí)先看這組參數(shù)是否對稱設(shè)置能省下大量時(shí)間。5. 用調(diào)試視圖和性能數(shù)據(jù)說話踩坑記錄與調(diào)優(yōu)驗(yàn)證5.1 先把當(dāng)前用的是哪一級可視化出來Mipmap和LOD的調(diào)試最怕的是看不出問題在哪。我的第一個(gè)建議是給引擎加兩組可視化工具。第一組是mip級別顯示。用一個(gè)debug shader把實(shí)際采到的mip級編碼成顏色輸出比如LOD0紅、LOD1綠、LOD2藍(lán)、LOD3黃。一眼就能看出場景里哪些區(qū)域用了過高的mip級。如果你的API支持textureQueryLod之類的查詢可以直接在shader里拿到實(shí)際的mip level不需要再猜。第二組是LOD邊界繪制。把每級LOD的切換距離用線框球體畫出來調(diào)試時(shí)拖動(dòng)相機(jī)進(jìn)出邊界直觀感受切換點(diǎn)是否合理。我還會(huì)在Debug UI里加兩個(gè)按鍵手動(dòng)強(qiáng)制切到LOD0或LOD2之類的級別用來單獨(dú)觀察某一檔網(wǎng)格的視覺質(zhì)量。這兩組工具加在一起調(diào)參就不再是盲人摸象。5.2 我踩過的三個(gè)坑以及對應(yīng)解法第一個(gè)坑是mip邊緣顏色滲透。我用REPEAT尋址平鋪了一張帶高亮邊緣的磚墻貼圖拉遠(yuǎn)之后磚縫之間出現(xiàn)奇怪的暗色條紋。原因在于CPU生成mip時(shí)2x2平均跨過了平鋪邊界但驅(qū)動(dòng)在REPEAT模式下的自動(dòng)mip處理并不一定和我的生成邏輯一致。解法是在生成mip前把第0級紋理做邊緣擴(kuò)展復(fù)制讓降采樣能感知到平鋪的連續(xù)性實(shí)在不行就改用GL_CLAMP_TO_EDGE專門處理含邊緣語義的貼圖平鋪面另開一張REPEAT紋理。第二個(gè)坑是NPOT紋理。某張道具貼圖尺寸是512x300我在某臺(tái)舊設(shè)備上上傳帶mip鏈的NPOT紋理后畫面直接黑屏回退到雙線性又正常了。原因是部分舊驅(qū)動(dòng)對NPOT紋理加Mipmap的支持不完整。解法要么在導(dǎo)入管線把NPOT紋理統(tǒng)一重采樣到二次冪既規(guī)整又能更好對齊壓縮格式要么提前確認(rèn)目標(biāo)設(shè)備對NPOT紋理加Mipmap的支持情況做功能開關(guān)動(dòng)態(tài)回退。第三個(gè)坑是LOD切換引起的幾何漣漪。一套山體從LOD0切到LOD1時(shí)頂點(diǎn)位置變化太大切換瞬間山脊出現(xiàn)一圈肉眼可見的漣漪。解法有三個(gè)方向調(diào)整簡化算法參數(shù)讓低模在切換臨界處盡量貼近高模位置也就是做保持邊緣拉開切換距離讓變化發(fā)生在視覺注意力不集中的位置最后還可以做頂點(diǎn)混合過渡在過渡區(qū)間內(nèi)對兩個(gè)mesh的頂點(diǎn)位置做lerp。我最終用了頂點(diǎn)混合效果最好只是多花了一點(diǎn)CPU。5.3 實(shí)測數(shù)據(jù)多少優(yōu)化才算值得以我那個(gè)模擬項(xiàng)目X為例場景是一個(gè)約200米見方的區(qū)域里面大約300個(gè)帶LOD的靜態(tài)物體40張使用Mipmap的紋理。改造前既沒開Mipmap也沒做LOD遠(yuǎn)處場景最低幀大約35fps改造完成后同樣場景能跑到55fps以上。拆開看數(shù)據(jù)開啟Mipmap后遠(yuǎn)處地面紋理的閃爍徹底消失紋理帶寬占用下降約30%加離散LOD后三角形數(shù)從約850萬降到180萬draw call數(shù)沒變但頂點(diǎn)處理時(shí)間明顯縮短。幀時(shí)間抖動(dòng)也從改造前的±8ms縮小到±2ms。這不是什么理想環(huán)境下的漂亮數(shù)字就是很普通場景量級的表現(xiàn)足以證明這兩個(gè)優(yōu)化在簡單引擎里的性價(jià)比有多高。關(guān)鍵還是那句話不要拍腦袋設(shè)LOD閾值。先用場景截圖和profiler數(shù)據(jù)確定瓶頸再?zèng)Q定每檔LOD的切換距離。我把所有閾值都放在一個(gè)配置文件中每次調(diào)參后跑同一段固定路徑錄像對比比肉眼反復(fù)進(jìn)出場景高效得多。5.4 幾個(gè)親測有效的調(diào)優(yōu)小習(xí)慣第一Mipmap從大紋理開始開。512x512的磚墻可能看不出太大差異但2048x2048的復(fù)雜貼圖在遠(yuǎn)處就是重災(zāi)區(qū)。優(yōu)先把大尺寸紋理的mip鏈補(bǔ)上效果立竿見影。第二LOD從遠(yuǎn)處數(shù)量多的物體開始做。樹木、石塊、路燈這類重復(fù)物件才是LOD最大的受益者反而是那個(gè)唯一的主角模型優(yōu)先級沒這么高。第三每次改動(dòng)只做一件事。把Mipmap和LOD拆成兩個(gè)獨(dú)立分支來做獨(dú)立測、獨(dú)立回滾。這兩項(xiàng)優(yōu)化都有視覺上沒那么明顯但profiler上很顯著的特點(diǎn)一旦混在一起調(diào)試很容易錯(cuò)誤歸因。第四保留一個(gè)強(qiáng)制關(guān)閉的開關(guān)。引擎里加一個(gè)--no-mip和--force-lod0的命令行參數(shù)方便隨時(shí)對照開啟前后的畫面與幀率。這個(gè)開關(guān)在后續(xù)優(yōu)化shader和材質(zhì)時(shí)也會(huì)派上大用場。第五調(diào)試Mipmap時(shí)給各級加上固定假色跑一個(gè)固定旋轉(zhuǎn)鏡頭看整體變化節(jié)奏。很多時(shí)候看起來糊并不是mip級別選得不對而是相鄰mip之間的過渡區(qū)太窄或太寬用假色視圖能直觀發(fā)現(xiàn)問題出在切換節(jié)奏上。