CN113269882A - 一种基于虚拟纹理的地形渲染方案及系统 - Google Patents

一种基于虚拟纹理的地形渲染方案及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于虚拟纹理的地形渲染方案，所述方案包括以下步骤：步骤S1、降采样绘制记录屏幕空间对应位置采样的地形uv和mipmap level数据纹理，该纹理称为feedback纹理贴图；步骤S2、回读feedback纹理贴图，遍历该贴图信息，根据各个通道获取所需page的信息，以此构建并更新对应的四叉树数据结构；步骤S3、在地形绘制时，在像素着色器阶段，输入地形的原始uv数据，通过对pagetable texture的查询，找到该地形uv数据对应的page在physical texture中的位置；步骤S4、完成采样，采样到正确的page完成对地形的绘制；本发明能够有效地降低显存贴图占用。

Description

一种基于虚拟纹理的地形渲染方案及系统
技术领域
本发明涉及计算机图形技术领域，特别是一种基于虚拟纹理的地形渲染方案及系统。
背景技术
一般游戏的场景中，为了绘制具有丰富层级的地形环境，通常会采样多个不同的细节贴图，按权重进行混合后重复平铺展开。对于小规模顶点的地形采用这样的方案是合理的；然而对于覆盖范围巨大的大地形，一般的重复平铺不能展现地形的多样变化，通常需要数量更多，精度更高的细节贴图。这样会带来显著的问题：显卡需要更高的显存用于加载地形贴图，同时CPU与显卡之间的通信带宽压力增大，从而造成一定程度上的游戏卡顿。
发明内容
为克服上述问题，本发明的目的是提供一种能够有效地降低显存贴图占用的基于虚拟纹理的地形渲染方案。
本发明采用以下方案实现：一种基于虚拟纹理的地形渲染方案，所述方案包括以下步骤：
步骤S1、降采样绘制记录屏幕空间对应位置采样的地形uv和mipmap level数据纹理，该纹理称为feedback纹理贴图；
步骤S2、回读feedback纹理贴图，遍历该贴图信息，根据各个通道获取所需page的信息，以此构建并更新对应的四叉树数据结构；
步骤S3、在地形绘制时，在像素着色器阶段，输入地形的原始uv数据，通过对pagetable texture的查询，找到该地形uv数据对应的page在physical texture中的位置；
步骤S4、完成采样，采样到正确的page完成对地形的绘制。
进一步的，所述步骤S1进一步具体为：按照屏幕分辨率的1/8，降采样绘制一张记录了屏幕空间对应位置采样的地形uv(纹理坐标)和mipmap level(多级纹理等级)数据的纹理，称之为feedback纹理贴图，所述feedback纹理贴图中R和G通道存储地形uv，B通道存储mipmap level。
进一步的，所述步骤S2进一步具体为：CPU回读feedback纹理贴图，遍历该贴图信息，根据各个通道获取所需page的信息，以此构建并更新对应的四叉树数据结构；判断page是否在physical texture中，且physical texture是否被填满，是，则根据四叉树结构快速找到当前帧未采样到的page在physical texture中的uv偏移信息，设置虚拟摄像机，并将绘制结果填充至该uv位置，更新pagetable texture；否，则在该page的上方放置虚拟摄像机，将虚拟摄像机的绘制结果填充至physical texture中，并将该page在physicaltexture中的uv偏移信息写入pagetable texture以供后续地形绘制阶段使用。
进一步的，所述步骤S3进一步具体为：通过pagetable texture这一中间层，采样到我们需要的地形纹理page，在像素着色器阶段，输入地形的原始uv，通过对pagetabletexture的查询，找到该uv对应的page在physical texture中的位置，最后采样到正确的page完成对地形的绘制。
本发明还提供了一种基于虚拟纹理的地形渲染系统，包括绘制模块、回读模块、查找模块和完成模块，所述绘制模块，即降采样绘制记录屏幕空间对应位置采样的地形uv和mipmap level数据纹理，该纹理称为feedback纹理贴图；所述回读模块，即回读feedback纹理贴图，遍历该贴图信息，根据各个通道获取所需page的信息，以此构建并更新对应的四叉树数据结构；所述查找模块，即在地形绘制时，在像素着色器阶段，输入地形的原始uv数据，通过对pagetable texture的查询，找到该地形uv数据对应的page在physical texture中的位置；所述完成模块，即完成采样，采样到正确的page完成对地形的绘制。
进一步的，所述绘制模块进一步具体为：按照屏幕分辨率的1/8，降采样绘制一张记录了屏幕空间对应位置采样的地形uv(纹理坐标)和mipmap level(多级纹理等级)数据的纹理，称之为feedback纹理贴图，所述feedback纹理贴图中R和G通道存储地形uv，B通道存储mipmap level。
进一步的，所述回读模块进一步具体为：CPU回读feedback纹理贴图，遍历该贴图信息，根据各个通道获取所需page的信息，以此构建并更新对应的四叉树数据结构；判断page是否在physical texture中，且physical texture是否被填满，是，则根据四叉树结构快速找到当前帧未采样到的page在physical texture中的uv偏移信息，设置虚拟摄像机，并将绘制结果填充至该uv位置，更新pagetable texture；否，则在该page的上方放置虚拟摄像机，将虚拟摄像机的绘制结果填充至physicaltexture中，并将该page在physicaltexture中的uv偏移信息写入pagetabletexture以供后续地形绘制阶段使用。
进一步的，所述查找模块进一步具体为：通过pagetable texture这一中间层，采样到我们需要的地形纹理page，在像素着色器阶段，输入地形的原始uv，通过对pagetabletexture的查询，找到该uv对应的page在physical texture中的位置，
最后采样到正确的page完成对地形的绘制。
本发明的有益效果在于：本发明能够解决合批和贴图内存占用问题，有效地降低显存贴图占用，在不降低游戏品质的前提下优化性能表现，同时，由于虚拟纹理需要在资源生产阶段生成多级纹理贴图资源，该方案创新地实时绘制纹理贴图，大大减少了资源量和资源生产的复杂度。
附图说明
图1是本发明的方法流程示意图。
图2是本发明的系统原理框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
请参阅图1所示，本发明的一种基于虚拟纹理的地形渲染方案，所述方案包括以下步骤：
步骤S1、降采样绘制记录屏幕空间对应位置采样的地形uv和mipmap level数据纹理，该纹理称为feedback纹理贴图；
步骤S2、回读feedback纹理贴图，遍历该贴图信息，根据各个通道获取所需page的信息，以此构建并更新对应的四叉树数据结构；
步骤S3、在地形绘制时，在像素着色器阶段，输入地形的原始uv数据，通过对pagetable texture的查询，找到该地形uv数据对应的page在physical texture中的位置；
步骤S4、完成采样，采样到正确的page完成对地形的绘制。
下面通过一具体实施例对本发明作进一步说明：
1.按照屏幕分辨率的1/8，降采样绘制一张记录了屏幕空间对应位置采样的地形uv(纹理坐标)和mipmap level(多级纹理等级)数据的纹理。我们称之为feedback纹理贴图。feedback纹理贴图中R和G通道存储地形uv，B通道存储mipmap level。对feedback贴图的绘制，这个过程在场景物件绘制之前进行。这一阶段不需要按屏幕全分辨率绘制，一般只需屏幕分辨率的1/8即可。feedback决定了加载哪些page，里面存的就是page的坐标和mipmap level。
2.CPU回读feedback纹理贴图，遍历该贴图信息，根据各个通道获取所需page的信息，以此构建并更新对应的四叉树数据结构。如果该page不在physical texture中，且physical texture未被填满，则在该page的上方放置虚拟摄像机，将虚拟摄像机的绘制结果填充至physical texture中，并将该page在physical texture中的uv偏移信息写入pagetable texture以供后续地形绘制阶段使用；如果physical texture已满，则根据四叉树结构快速找到当前帧未采样到的page在physical texture中的uv偏移信息，同样设置虚拟摄像机，并将绘制结果填充至该uv位置，最后同样更新pagetable texture。pagetabletexture中R和G通道存储page在physical texture中的uv偏移，B通道存储该page的mip信息。CPU回读feedback贴图，对应做相关纹理映射信息的更新。纹理映射在虚拟纹理方案中是一个很重要的环节，就是如何将一个大地形贴图的一部分映射到physical texture的page上，映射的对应关系体现在pagetable texture中。这里还需要适配当高分辨率的page没有加载的情况，需要得到已经加载的对应低分辨率的page地址。基于上述特性我们通常采用四叉树这一数据结构进行更新。
3.地形绘制阶段，在像素着色器阶段，输入地形的原始uv，通过对pagetabletexture的查询，找到该uv对应的page在physical texture中的位置，最后采样到正确的page完成对地形的绘制。最终的地形纹理渲染，通过pagetable texture这一中间层，采样到我们需要的地形纹理page。这里还要考虑纹理过滤过程：如果需要Tri-linearFiltering(三线性过滤)效果，那么我们还需要采样相邻mipmap的page，再做一个线性插值。
本发明适用于以下三种情况：
1.使用了高分辨率的地形贴图。
2.使用了atlastexture(图集)，比如大规模植被的Lightmap(光照贴图)。
3.使用了多象限贴图。
总之，虚拟纹理这个概念取自于虚拟内存，与虚拟内存类似的是，一个很大的贴图将不会全部加载到内存中，而是根据实际需求将需要的部分加载。与虚拟内存不同的是，它不会阻塞执行，可以使用更高的mipmap(多级纹理)来暂时显示。其基本思路是，将纹理的mipmap分割为相同大小的page(虚纹理)，然后通过pagetable texture(虚拟纹理页表)映射到一张内存中存在的纹理，这里的内存纹理我们称为physical texture(物理纹理)，在游戏视野发生变化的时候，一部分page会被替换出去，一部分page会被加载。
这样的机制不仅仅减少了带宽消耗和显存消耗，也带来了其他好处，比如有利于合批。不会因为使用了不同的贴图而打断合批，从而减少drawcall(绘制命令)的调用次数。
静态虚拟纹理方案中，需要在预处理阶段分割page。本方案在实时渲染中，在对应的地形上方放置摄像机实时绘制page，减少了预处理过程。
请参阅图2所示，本发明还提供了一种基于虚拟纹理的地形渲染系统，包括绘制模块、回读模块、查找模块和完成模块，所述绘制模块，即降采样绘制记录屏幕空间对应位置采样的地形uv和mipmap level数据纹理，该纹理称为feedback纹理贴图；所述回读模块，即回读feedback纹理贴图，遍历该贴图信息，根据各个通道获取所需page的信息，以此构建并更新对应的四叉树数据结构；所述查找模块，即在地形绘制时，在像素着色器阶段，输入地形的原始uv数据，通过对pagetable texture的查询，找到该地形uv数据对应的page在physical texture中的位置；所述完成模块，即完成采样，采样到正确的page完成对地形的绘制。
所述绘制模块进一步具体为：按照屏幕分辨率的1/8，降采样绘制一张记录了屏幕空间对应位置采样的地形uv(纹理坐标)和mipmap level(多级纹理等级)数据的纹理，称之为feedback纹理贴图，所述feedback纹理贴图中R和G通道存储地形uv，B通道存储mipmaplevel。
所述回读模块进一步具体为：CPU回读feedback纹理贴图，遍历该贴图信息，根据各个通道获取所需page的信息，以此构建并更新对应的四叉树数据结构；判断page是否在physical texture中，且physical texture是否被填满，是，则根据四叉树结构快速找到当前帧未采样到的page在physical texture中的uv偏移信息，设置虚拟摄像机，并将绘制结果填充至该uv位置，更新pagetable texture；否，则在该page的上方放置虚拟摄像机，将虚拟摄像机的绘制结果填充至physical texture中，并将该page在physical texture中的uv偏移信息写入pagetable texture以供后续地形绘制阶段使用。
所述查找模块进一步具体为：通过pagetable texture这一中间层，采样到我们需要的地形纹理page，在像素着色器阶段，输入地形的原始uv，通过对pagetable texture的查询，找到该uv对应的page在physical texture中的位置，最后采样到正确的page完成对地形的绘制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (8)

1.一种基于虚拟纹理的地形渲染方案，其特征在于，所述方案包括以下步骤：
步骤S1、降采样绘制记录屏幕空间对应位置采样的地形uv和mipmap level数据纹理，该纹理称为feedback纹理贴图；
步骤S2、回读feedback纹理贴图，遍历该贴图信息，根据各个通道获取所需page的信息，以此构建并更新对应的四叉树数据结构；
步骤S3、在地形绘制时，在像素着色器阶段，输入地形的原始uv数据，通过对pagetabletexture的查询，找到该地形uv数据对应的page在physical texture中的位置；
步骤S4、完成采样，采样到正确的page完成对地形的绘制。
2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟纹理的地形渲染方案，其特征在于：所述步骤S1进一步具体为：按照屏幕分辨率的1/8，降采样绘制一张记录了屏幕空间对应位置采样的地形uv(纹理坐标)和mipmap level(多级纹理等级)数据的纹理，称之为feedback纹理贴图，所述feedback纹理贴图中R和G通道存储地形uv，B通道存储mipmap level。
3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟纹理的地形渲染方案，其特征在于：所述步骤S2进一步具体为：CPU回读feedback纹理贴图，遍历该贴图信息，根据各个通道获取所需page的信息，以此构建并更新对应的四叉树数据结构；判断page是否在physical texture中，且physical texture是否被填满，是，则根据四叉树结构快速找到当前帧未采样到的page在physical texture中的uv偏移信息，设置虚拟摄像机，并将绘制结果填充至该uv位置，更新pagetable texture；否，则在该page的上方放置虚拟摄像机，将虚拟摄像机的绘制结果填充至physical texture中，并将该page在physical texture中的uv偏移信息写入pagetable texture以供后续地形绘制阶段使用。
4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟纹理的地形渲染方案，其特征在于：所述步骤S3进一步具体为：通过pagetable texture这一中间层，采样到我们需要的地形纹理page，在像素着色器阶段，输入地形的原始uv，通过对pagetable texture的查询，找到该uv对应的page在physical texture中的位置，最后采样到正确的page完成对地形的绘制。
5.一种基于虚拟纹理的地形渲染系统，其特征在于：包括绘制模块、回读模块、查找模块和完成模块，所述绘制模块，即降采样绘制记录屏幕空间对应位置采样的地形uv和mipmap level数据纹理，该纹理称为feedback纹理贴图；所述回读模块，即回读feedback纹理贴图，遍历该贴图信息，根据各个通道获取所需page的信息，以此构建并更新对应的四叉树数据结构；所述查找模块，即在地形绘制时，在像素着色器阶段，输入地形的原始uv数据，通过对pagetable texture的查询，找到该地形uv数据对应的page在physical texture中的位置；所述完成模块，即完成采样，采样到正确的page完成对地形的绘制。
6.根据权利要求5所述的一种基于虚拟纹理的地形渲染系统，其特征在于：所述绘制模块进一步具体为：按照屏幕分辨率的1/8，降采样绘制一张记录了屏幕空间对应位置采样的地形uv(纹理坐标)和mipmap level(多级纹理等级)数据的纹理，称之为feedback纹理贴图，所述feedback纹理贴图中R和G通道存储地形uv，B通道存储mipmap level。
7.根据权利要求5所述的一种基于虚拟纹理的地形渲染系统，其特征在于：所述回读模块进一步具体为：CPU回读feedback纹理贴图，遍历该贴图信息，根据各个通道获取所需page的信息，以此构建并更新对应的四叉树数据结构；判断page是否在physical texture中，且physical texture是否被填满，是，则根据四叉树结构快速找到当前帧未采样到的page在physical texture中的uv偏移信息，设置虚拟摄像机，并将绘制结果填充至该uv位置，更新pagetable texture；否，则在该page的上方放置虚拟摄像机，将虚拟摄像机的绘制结果填充至physical texture中，并将该page在physical texture中的uv偏移信息写入pagetable texture以供后续地形绘制阶段使用。
8.根据权利要求5所述的一种基于虚拟纹理的地形渲染系统，其特征在于：所述查找模块进一步具体为：通过pagetable texture这一中间层，采样到我们需要的地形纹理page，在像素着色器阶段，输入地形的原始uv，通过对pagetable texture的查询，找到该uv对应的page在physical texture中的位置，最后采样到正确的page完成对地形的绘制。
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