一、游戲場(chǎng)景管理中BVH相比八叉樹有什么優(yōu)劣
BVH的構(gòu)建比較耗時(shí)間,而且對(duì)于動(dòng)態(tài)物體的支持比較麻煩,但是運(yùn)行效率會(huì)更高,因此常用于離線渲染和光線追蹤等對(duì)性能要求較高的場(chǎng)合。
八叉樹的構(gòu)建簡(jiǎn)潔明了,比較直觀。八叉樹的結(jié)構(gòu)是固定的,不會(huì)受物體位置的影響,這樣對(duì)動(dòng)態(tài)物體非常友好。
游戲中用的八叉樹常常是松散八叉樹,就是子節(jié)點(diǎn)的范圍會(huì)比正常的范圍略微大一圈,這樣如果物體和分割軸相交,也可以放到子節(jié)點(diǎn)下。
游戲中物體的大小通常是不變的,物體的移動(dòng)的處理就很簡(jiǎn)單,只需要改變物體掛載的子節(jié)點(diǎn)位置就行了,而不要調(diào)整掛載子節(jié)點(diǎn)的深度。
游戲中常常有非常多的動(dòng)態(tài)對(duì)象,使用松散八叉樹是非常合適的。
BVH在光線追蹤上的優(yōu)勢(shì):
曾經(jīng)寫過一個(gè)Path Tracing(遞歸的光線追蹤),使用KD樹來實(shí)現(xiàn)光線相交測(cè)試。KD樹可以看成一個(gè)拓展后的八叉樹(八叉樹每層要在x,y,z軸上二分,而KD樹則是每層選一個(gè)軸進(jìn)行分割)。我最初用的是每層二分的KD樹。那么如果要處理下圖這種很大的場(chǎng)景中只有數(shù)個(gè)三角形的情況,則前面幾層都是在做一些低效的相交測(cè)試(因?yàn)楹腿切握嬲紦?jù)的面積相差太大)。
但使用BVH進(jìn)行光線相交測(cè)試的話(可以類比為:基于SAH(Surface Area Heuristic)的KD樹),則可以進(jìn)行高效的分割場(chǎng)景,充分考慮三角形本身的面積與形狀。同樣利用上圖場(chǎng)景,基于SAH的KD樹可以快速定位到相交的物體,處理的好的話從根往下一層就能找到相交的物體。
BVH相比八叉樹:
BVH實(shí)現(xiàn)起來比八叉樹稍微麻煩一點(diǎn),八叉樹只需要知道場(chǎng)景的大小和模型的精度就能進(jìn)行分割,然后將模型一個(gè)個(gè)塞進(jìn)去即可,而BVH需要了解全部的模型信息才能進(jìn)行下一步分割。而且游戲場(chǎng)景一般都分布比較均勻(一大片空地的情況少見),上圖中物體集中在某一區(qū)域的情況比較少,所以利用八叉樹和BVH樹的層數(shù)和效率應(yīng)該是差不多的。
提到了針對(duì)地塊進(jìn)行“2d裁剪”就是八叉樹的變種,國內(nèi)某劍五采用的場(chǎng)景管理方式就是四叉樹,做視錐測(cè)試什么的很容易而且高效。在NVIDIA實(shí)習(xí)時(shí)還對(duì)其引擎做過一個(gè)小小的優(yōu)化,通過確定攝像機(jī)在四叉樹中的最底層位置,一層層往上由近及遠(yuǎn)渲染,減少over-draw次數(shù)。這個(gè)就是利用了四叉樹本身的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。優(yōu)化前后,某幀第6000個(gè)DX draw event時(shí)的渲染結(jié)果
BVH在碰撞檢測(cè)上:
引擎不會(huì)去檢測(cè)每個(gè)三角形之間的碰撞,而是會(huì)先檢測(cè)兩者的包圍盒(AABB,OBB,DOP等等)是否移動(dòng)或改變,然后再檢測(cè)是否相交,然后再檢測(cè)內(nèi)部的三角形是否相交。
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二、八叉樹(octree)是什么
八叉樹(octree)是三維空間劃分的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之一,它用于加速空間查詢,例如在游戲中:
加速用于可見性判斷的視錐裁剪(view frustum culling)。
加速射線投射(ray casting) ,如用作視線判斷或槍擊判定。
鄰近查詢(proximity query),如查詢玩家角色某半徑范圍內(nèi)的敵方NPC。