《Tower Valley》是一個融合多種前沿技術(shù)的 Demo，旨在展現(xiàn)團結(jié)引擎的實時渲染能力：結(jié)合虛擬幾何體、虛擬陰影貼圖、實時動態(tài)全局光照、VG 植被方案等技術(shù)，呈現(xiàn)電影級的視覺效果與流暢的高性能體驗。

歡迎體驗《Tower Valley》

為獲得最佳游戲體驗，請在 Windows 平臺使用 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，體驗步驟：

1. 通過 Git 倉庫獲取 Demo 工程：

git checkout main

Load Demo Scenes， 待場景加載完畢即可體"},"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 團隊發(fā)布的實時渲染 Demo《Time Ghost: Environment 》，在《Tower Valley》中，我們構(gòu)建了更具挑戰(zhàn)的場景，設(shè)計了更復雜的地形地貌，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5 億；除此之外，我們還采用了實時光照和陰影技術(shù)，以此來充分驗證引擎的渲染能力。

關(guān)鍵技術(shù)方案

在《Tower Valley》中，我們使用了一系列技術(shù)來應對復雜場景的挑戰(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

• 使用實時動態(tài)全局光照輕松解決室內(nèi)場景的照明

• 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》場景元素豐富且數(shù)量龐大，我們在場景上擺放著：

• 大量物體：共計 2 億三角面，包括地形地貌、石頭、樹木。

• 高模物體：共計 1 億三角面，包括瞭望塔 (6 千萬三角面）、房子、裝飾物。

這種復雜的場景對渲染提出了很高的要求，虛擬幾何體（VG）的出現(xiàn)，輕松地化解了這個難題。VG 是一個在運行時解決海量多邊形的圖形渲染技術(shù)， 它適用于場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景中多邊形數(shù)目不匹配的問題。虛擬幾何體有諸多優(yōu)勢：

• 基于 GPU 驅(qū)動的渲染管線，具備精細的 GPU 剔除能力

• 場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 LOD 算法并有自然的過渡

• 優(yōu)化工作流

• • 無需手工制作和配置 LOD

  • 無需從高模烘焙法線貼圖

在我們的場景模型中，除草體以外，有共計約 3.7 億的三角面，其中有 3 億適用 VG，我們分別對比關(guān)閉和開啟VG的性能指標，可見 VG 對于性能的提升非常顯著。

打開 Window > Analysis > Rendering Debugger，選擇 GDRP 標簽頁，在對應屬性中選擇 Buffer Visualization 為 TriangleID，可在場景中可視化查看VG的渲染狀態(tài)（如上圖）。

更多關(guān)于VG的用法，請參考：極限輕量化！團結(jié)引擎 Virtual Geometry 入坑指南 - 技術(shù)專欄 - Unity 官方開發(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)，如級聯(lián)陰影貼圖（CSM），已經(jīng)不能滿足高面數(shù)模型對于陰影質(zhì)量的要求，而虛擬陰影貼圖則能夠通過其超高的分辨率（16k x 16k）很好地對這一類模型和場景進行適配。VSM 是 GPU 驅(qū)動的渲染管線技術(shù)，適用于高面數(shù)模型和大型場景，它具有諸多優(yōu)勢。

VSM 優(yōu)勢一：質(zhì)量更高

下圖對比了 Tuanjie Editor 中級聯(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。

測試條件：對于級聯(lián)陰影貼圖，我們將 Resolution 選項設(shè)置為 High，并將 Angular Diameter Scale for Softness 設(shè)置為 0 來渲染硬陰影。在 Volume 中，級聯(lián)陰影貼圖的 Max Distance 被設(shè)置為 400。

VSM 優(yōu)勢二：大型場景性能更好

我們構(gòu)建了一個 3200m * 1000m，包含大約 40 萬個 Game Object 的大型場景，對比實驗結(jié)果如下：

我們對比了 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，我們也能看到開啟 VG 后能夠極大提升 CSM 的性能表現(xiàn)。

測試場景中，大小為 7m * 9m 的面積里，包含了 120 個面片數(shù)量約為 300 萬面的高精度模型，對比實驗結(jié)果如下：

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

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

VSM 用法請參考： 團結(jié)引擎 - 手冊: 如何使用虛擬陰影貼圖

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

在 Tower Valley 場景中，對室內(nèi)場景車庫的渲染，我們啟用了團結(jié)引擎的實時動態(tài)全局光照系統(tǒng)（TuanjieGI)。它是團結(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渲染出逼真的光照效果，而無需預烘焙光照貼圖。它具有以下特性：

• 實時響應場景的動態(tài)變化，如光源的移動、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，模擬光線在整個場景中的傳播行為。

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

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

• 與虛擬幾何體技術(shù)無縫集成，無需復雜設(shè)置

TuanjieGI 用法請參考：

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

我們希望通過多種技術(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)建了一個由超多高清掃描資產(chǎn)組成的場景，并測試多種技術(shù)組合的性能參數(shù)。

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

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

獲取上述Demo，請訪問：

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

《Tower Valley》場景的復雜和渲染壓力，同樣體現(xiàn)在海量草體的渲染。在場景中有超過 3000 萬棵草，使用傳統(tǒng)的植被渲染方案將給 CPU 帶來極大的計算壓力，我們結(jié)合使用了 VG 和 Tile Impostor 技術(shù)來緩解壓力。VG 除了作用于復雜模型這一傳統(tǒng)優(yōu)勢，其 GPU Driven 的特性使得在進行大量植被的渲染時，也能取得相應的性能提升。VG 植被方案將原本在 CPU 上進行的部分工作，例如場景 Instance 管理與 Culling 流程，轉(zhuǎn)移到了 GPU 上進行，使得整個流程變得更為 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)點體現(xiàn)在：

• 使用 VG 渲染近處草，Tile Impostor 渲染遠處草，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 開啟 VG 略有不同的是，我們通過調(diào)用 API 一次性將大量草體 Instance 數(shù)據(jù)和它們對應的 Prefab 數(shù)據(jù)傳輸至 VG Manager，從而保證效率最大化。

• 視野遠處存在的大量植被會導致渲染時嚴重的 Over draw，為了解決這一問題，我們使用 Tile Impostor 渲染遠景草，將 100m * 100m 的草地劃為一個 Tile，并烘焙為 Prefab，減輕運行時渲染開銷。

• 對于 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 計算量。同時，將草體對應的 VG Instance 與一般 Renderer 對應的 VG Instance 做區(qū)分，刪減草體對應的 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，仍能維持一個穩(wěn)定的幀率。

• 針對 VG 草體和頂點動畫，優(yōu)化 VSM Cache 的更新機制，只更新設(shè)定范圍內(nèi)的 VSM Cache，從而節(jié)省計算量，提升性能。

當前，VG 植被方案在不斷地開發(fā)完善中，包括頂點動畫的性能優(yōu)化、TAA 支持以及內(nèi)置的 Impostor 方案等，預計未來將會取得更優(yōu)的性能和更好的效果。

Known issues

• 虛擬幾何體的頂點動畫對 TAA 抗鋸齒支持尚不完善，在工程設(shè)置中已開啟 RTX 顯卡的 DLSS 超分功能以優(yōu)化畫質(zhì)，但在非 RTX 顯卡上草體的搖曳擺動會有明顯的拖影。

• 在顯存不足 10G 的 PC 上，使用 Game Mode 時可能會遭遇顯存耗盡并使用共享顯存，從而導致 Editor 異?？D的情況。

• 啟用 TuanjieGI Reflection 后，鏡頭運動過程中，反射區(qū)域可能出現(xiàn)輕微跳變。

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