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随着电脑和手机硬件性能越来越高#xff0c;游戏越来越追求大世界#xff0c;而大世界非常核心的一环是植被#xff0c;目前UE5引擎提供给植被生成的主流两种方式为 手刷植被和LandscapeGrass(WeightMap程序化植被)。当然UE5.3推出新一代PCGFramework 节点程序化生成框…前言
随着电脑和手机硬件性能越来越高游戏越来越追求大世界而大世界非常核心的一环是植被目前UE5引擎提供给植被生成的主流两种方式为 手刷植被和LandscapeGrass(WeightMap程序化植被)。当然UE5.3推出新一代PCGFramework 节点程序化生成框架也可以用于植被生成。(本文暂不涉及到PCGFramework) 主要分析LandscapeGrass方案。
手刷植被
手刷植被是比较传统的植被生成方式基本各种引擎都会提供植被编辑器让美术人力刷植被这里倒是没什么好分析的。UE5提供了手刷植被模式FoliageMode, 工具比较齐全比较易用能让场景美术高效率手工刷植被。FoliageMode生成的植被是用HISM组件管理不明白的可以看看我的另外一篇博客(UE4 4.27) UHierarchicalInstancedStaticMesh(HISM)原理分析 LandscapeGrass(WeightMap程序化植被)
背景
weightmap程序化植被, 顾名思义: 由地形weightmap程序化生成的植被。首先地形WeightMap的概念说白了就是地形材质混合的权重图不懂的可以看下UE地形系统材质混合实现和Shader生成分析(UE5 5.2)。场景美术在地形上频繁刷了各种材质比如草原或者沙漠然后需要再相应的地貌上种植相应植被比如草原种绿草沙漠种仙人掌因为地形的材质层是频繁改动每次刷完草或者沙漠后又得用FoliageMode 在相应地貌刷植被两重工作量而且容易遗忘这时候就非常需要一种工具: 在相应的WeightMap上程序化铺满一种或许多种植被每次刷完WeightMap后地形可以自动生成。UE引擎 就有这样一套方案叫LandscapeGrass
LandscapeGrass使用简介
配置LandscapeGrassType 材质Grass采样层配置 显示结果 LandscapeGrass生成分析
LandscapeGrass UML图 LandscapeGrass执行流程图 这里重点介绍RenderGrassMapGrassInstancedStaticMeshComponent, FAsyncGrassTask.
这里的三个过程都是逐组件的针对单独一个Landscapecomponent进行
RenderGrassMap(Per LandscapeComponent)
GrassMap本质就是一张图集(TextureAltas)
这里是将LandscapeComponent的HeightMap和Grass用到的所有WeightMap(也就是上面的L2,L3,L4,L5)合并到一张图集里格式为PF_B8G8R8A8也就是所谓的RenderGrassMap。
假设一个Landscapecomponent 分辨率为128一张HeightMap占16位一张WeightMap占8位, 由于上面使用了L2,L3,L4,L5四个草权重层则 2 4/ 4 1.5 得使用两张128 * 128合起来128 * 2* 128 256 * 128这就是RenderGrassMap图集。
GrassMap创建 Render GrassMap
通过DrawLandscapeComponentMesh设置Ortho正交相机, 进行多次RenderPass, 将HeightMap和WeightMap写入到GrassMap图集里。一次RenderPass写入4个8位通道6个8位通道就是需要两次RenderPass.
核心代码
FLandscapeGrassWeightVSFLandscapeGrassWeightPS FLandscapeGrassWeightMeshProcessor等文件 grass.CaptureNextGrassUpdate 1 可以对RenderGrassMap进行Renderdoc抓帧
GrassMap fetch成cpu数据
上一步生成了GrassMap 图集里面存储了LandscapeComponent地块的HeightMap数据和所有的Grass相关的WeightMap数据。最终直接对GrassMap进行CPU ReadBack读取数据出来合并到FLandscapeComponentGrassData的 TArrayuint8 HeightWeightData里。HeightWeightData按顺序分段存储了高度数据和所有的Grass各层权重数据。 为什么需要Render GrassMap
回过头来看RenderGrassMap存在的意义是因为UE引擎地形的各个LandscapeComponent共用了HeightMap和WeightMap, RenderGrassMap就是把每个组件的HeightData和GrassWeightData从公用纹理抽离出来存到LandscapeComponent里方便每个LandscapeComponent生成自己的GrassInstancedStaticMeshComponent. GrassInstancedStaticMeshComponent
GrassInstancedStaticMeshComponent继承于HISM组件两者基本没什么区别。这里需要强调的是一个GSMC组件针对一个LandcapeComponent的LandscapeGrassType的GrassVariety来创建的。 FAsyncGrassTask(随机撒点和HISM构建)
LandscapeComponent已经获取高度和权重数据下面就是进行随机撒点。FAsyncGrassTask
随机撒点
撒点密度由LandscapeComponent地块大小和GrassVariety的密度决定 FAsyncGrassBuilder封装了随机撒点的核心算法, 目前一共提供了两种随机撒点算法: JitterGrid和 Halto序列
勾选了UseGrid就是使用了JitterGrid随机撒点反之使用Halto随机撒点。 JitterGrid
JitterGrid也就是根据密度把整个地形块均分切成多个块每个块内随机生成一个二维点并且加上一定的旋转和位置偏移最终得到一个随机点。具体算法参考我之前一篇博客 程序化物件放置(procedural placement)之泊松硬盘采样(poisson disk sampling) 一个随机点虽然生成出来了但是是否存活得满足一定条件: 可以看出当权重为0百分百不通过。权重为1时通过率是百分百如果权重为其它那就看随机的运气了。
Halto序列
Halto随机数生成参考 应用halton序列生成均匀散点图 Halto序列生成的随机点存活条件判断和JitterGrid是一样的。比较注意的是JitterGrid和Halto序列生成的随机点都是二维的都需要进行一次SampleHeight来得到高度位置ZSample方法是 Bilinear interpolates。
撒完点后最终进行HISM构建。
FoliageMode和LandscapeGrass的区别
未完待续 参考文章
[1] UE地形系统材质混合实现和Shader生成分析(UE5 5.2)
[2] (UE4 4.27) UHierarchicalInstancedStaticMesh(HISM)原理分析
[3] 应用halton序列生成均匀散点图
[4] 源码文件LandscapeGrass.cpp
