Основы occlusion culling в Unity — полное руководство для разработчиков

Одной из ключевых проблем, которую сталкиваются разработчики игр, является производительность. Когда количество объектов на сцене начинает возрастать, возникают проблемы с отображением, а точнее — с отрисовкой объектов, которые находятся за пределами поля зрения игрока. Именно для решения этой проблемы и был создан технологический прием под названием occlusion culling.

Occlusion culling — это эффективная техника, позволяющая оптимизировать процесс отрисовки объектов на сцене. Она основывается на принципе «чем не видно — того не существует». Иными словами, объекты, которые полностью или частично скрыты другими объектами, не рисуются и не обрабатываются игровым движком.

Для реализации occlusion culling в Unity существует несколько подходов. Одним из самых простых и широко используемых является использование специальных технических объектов — Culling Volumes. Они представляют собой объемы, в которых находится камера, и они определяют, какие объекты на сцене будут отрисовываться, а какие — нет.

Использование occlusion culling может значительно увеличить производительность вашей игры. Особенно это актуально при наличии большого количества объектов и сложной геометрии сцены. Знание основ occlusion culling позволит вам создавать оптимизированные проекты и достигать отличной производительности даже на слабых компьютерах.

Что такое occlusion culling?

Когда игра отображает сцену, она рассчитывает каждый пиксель на экране, проверяя каждый объект на видимость и его влияние на рендеринг. Однако, если на сцене присутствуют объекты, которые закрыты другими объектами и не видны для игрока, то рендеринг этих объектов становится избыточным и снижает производительность. Occlusion culling решает эту проблему, определяя, какие объекты находятся вне поля зрения игрока и не подлежат рендерингу.

Unity использует алгоритмы и методы для определения, какие объекты находятся за другими и не видны для игрока. Он строит «зоны видимости» (frustums), которые представляют области видимости камеры игрока. Затем Unity определяет, какие объекты в этих зонах находятся вне поля зрения игрока, и исключает их из процесса рендеринга.

Occlusion culling также может быть использован для определения того, какие объекты должны быть скрыты из световых источников или затенены другими объектами. Это помогает создавать более правдоподобные и реалистичные эффекты освещения и теней в игре.

Пример с occlusion culling	Пример без occlusion culling

Зачем нужно использовать occlusion culling в Unity?

Одним из инструментов, которые помогают достичь хорошей производительности, является техника occlusion culling. Она работает следующим образом: когда объект перекрывается другим объектом или статической геометрией, Unity не отрисовывает его на экране. Вместо этого используется специальная техника, которая определяет, что объект находится за другим объектом и его невидно.

Использование occlusion culling имеет несколько преимуществ:

• Улучшение производительности: когда Unity не отрисовывает объекты, которые находятся за другими объектами и их нельзя увидеть, производительность игры значительно возрастает. Это особенно полезно на слабых устройствах, таких как мобильные телефоны или планшеты.
• Экономия ресурсов: не отрисовывая невидимые объекты, Unity экономит мощность графического процессора и оперативную память. Это позволяет сосредоточить больше ресурсов на отображении важных элементов сцены и повысить качество графики в игре.
• Упрощение разработки: occlusion culling автоматически скрывает невидимые объекты, что упрощает создание и редактирование больших сцен. Разработчику не приходится ручно определять, какие объекты скрывать и какие отрисовывать — Unity делает это самостоятельно.

Принципы occlusion culling

Принцип работы occlusion culling заключается в том, что сначала производится предварительный расчет, чтобы определить, какие объекты заслоняют другие. Затем во время выполнения игры постоянно происходит проверка видимости объектов с помощью камеры. Если объект полностью или частично скрыт, он не отрисовывается, что позволяет снизить нагрузку на процессор и графический движок игры.

Для реализации occlusion culling в Unity необходимо выполнить несколько шагов:

1. Настроить конфигурацию проекта для использования occlusion culling. Это включает настройку камеры, установку режима работы occlusion culling и создание нужных объектов для расчета видимости.
2. Создать уровни детализации (LOD) моделей объектов. LOD позволяет заменить сложные модели объектов на более простые при отдалении от камеры.
3. Настроить сетку разбиения сцены на порции (порталы) для расчета видимости. Применение порталов позволяет определить, какие части сцены должны быть отсечены при расчете видимости.

Все эти шаги позволяют оптимизировать производительность игры и снизить нагрузку на систему, что особенно важно для мобильных и слабых устройств.

Как работает occlusion culling в Unity?

Когда игра запускается, Unity автоматически создает сетку скрытых объемов, называемую OC Tree. Она рассчитывается на основе геометрии сцены. Затем Unity определяет, какие объекты находятся вне сетки и могут быть скрыты от игрока в данный момент.

Когда игрок перемещается в окружающей среде, Unity каждый кадр производит проверку, какие объекты видимы и скрыты. Unity отбирает объекты, которые видимы, и отрисовывает их, игнорируя те, которые находятся за препятствиями и скрыты от игрока. Таким образом, вместо отрисовки и обработки всех объектов на сцене, Unity только рендерит объекты, находящиеся в поле зрения игрока.

Для оптимальной работы occlusion culling в Unity следует исследовать сцену и настраивать параметры для достижения наилучшей производительности. Это может включать в себя настройку деталей сетки, добавление дополнительных элементов, таких как окна или фонари, или даже использование альтернативных алгоритмов перекрытия.

В целом, использование occlusion culling в Unity позволяет значительно сократить количество вычислений и ресурсов, необходимых для обработки сцены, что в свою очередь повышает производительность игры и улучшает общее впечатление игрока.

Основные принципы occlusion culling

Основные принципы OC в Unity:

1. Проверка видимости объектов: Внутри системы Unity каждый объект имеет свою камеру, которая позволяет определить, виден объект игроку или нет. Проводится проверка видимости для каждого объекта на сцене.
2. Расчет ограждающих объемов (Bounding Volumes): Для определения границ объектов используются ограждающие объемы, такие как ограничивающие прямоугольники (AABB) или сферы (Bounding Spheres). Эти объемы помогают определить видимость объектов в игре.
3. Определение порядка отрисовки: В Unity используется движок рендеринга, который определяет порядок отрисовки объектов на сцене. OC позволяет определить, какие объекты нужно рендерить, а какие можно пропустить, что сильно увеличивает производительность игры.
4. Обновление видимости объектов: В процессе игры или изменения камеры, объекты могут менять свою видимость. Происходит обновление видимости объектов и их порядок отрисовки.
5. Управление настройками OC: В Unity разработчики могут настроить различные параметры для OC, такие как детализацию мешей объектов, оптимизацию порядка отрисовки или задержку обновления видимости.

В результате правильной настройки и использования OC, разработчики могут значительно повысить производительность своих игр, уменьшить нагрузку на процессор и видеокарту, а также улучшить игровой опыт для игроков.

Преимущества использования occlusion culling

Основные преимущества использования occlusion culling в Unity:

Использование occlusion culling рекомендуется во всех проектах Unity, особенно тех, где присутствует большое количество объектов или сложный уровень детализации. Эта функция помогает создавать более производительные и оптимизированные игры без ущерба для визуального качества.

Улучшение производительности при рендеринге сцены

Occlusion culling — это техника, которая позволяет игровому движку Unity скрывать отображение объектов, которые скрыты другими объектами или заблокированы преградами. Это позволяет сэкономить вычислительные ресурсы, занимаемые рендерингом этих скрытых объектов, и увеличить общую производительность сцены.

Для использования occlusion culling в Unity существуют несколько шагов.

1. Выберите объекты, для которых хотите использовать occlusion culling. Это обычно те объекты, которые скрываются за другими объектами или находятся за преградами, из которых невозможно видеть.
2. Установите для этих объектов флаг «Static». Это позволит Unity сохранить предварительно вычисленные данные для этих объектов и использовать их в процессе рендеринга.
3. Настройте occlusion culling для сцены. Unity предоставляет инструменты для настройки occlusion culling, позволяя определить области, в которых нужно применять скрытие объектов. Например, вы можете указать, что объекты, находящиеся внутри определенной комнаты, должны быть скрыты, если они не видимы извне этой комнаты.
4. Убедитесь, что настройки occlusion culling включены для уровня сцены.

После применения occlusion culling Unity будет автоматически скрывать объекты, которые не видимы из текущей камеры, и рендерить только видимые объекты. Это позволит увеличить производительность и снизить нагрузку на процессор и графическую карту.

Однако, необходимо учитывать, что occlusion culling может иметь смысл только для сложных сцен с большим количеством объектов. Для простых сцен или небольших проектов использование occlusion culling может не иметь большого эффекта на производительность.

Экономия ресурсов компьютера

Один из основных преимуществ использования occlusion culling в Unity заключается в возможности существенной экономии ресурсов компьютера. Как известно, игровая сцена может содержать огромное количество объектов и элементов, которые нужно обновлять и отрисовывать на экране. Однако, не все эти объекты всегда видимы для игрока.

Одним из преимуществ occlusion culling является то, что он позволяет оптимизировать это процесс путем исключения невидимых объектов из рендера и обновления. Благодаря этому, ресурсы компьютера освобождаются и могут быть использованы для обработки других более важных задач, таких как физика, искусственный интеллект или другие сложные вычисления.

Важно отметить, что occlusion culling не только увеличивает производительность, но и снижает потребление энергии компьютера. За счет избыточных вычислений и отрисовки невидимых элементов, нагрузка на центральный процессор может быть значительно снижена, что позволяет уменьшить потребление электрической энергии и продлить время работы ноутбатка или другого устройства от батареи.

Таким образом, использование occlusion culling в Unity является очень важным инструментом для оптимизации работы игровых сцен, повышения производительности и эффективности использования ресурсов компьютера.

Основные техники occlusion culling

Существует несколько основных подходов к реализации occlusion culling в Unity:

Комбинируя данные методы, можно достичь более эффективного occlusion culling в Unity. Реализация occlusion culling помогает улучшить производительность игры или приложения, особенно в случае больших и сложных сцен с большим количеством объектов.

View frustum culling

Зрительная усеченная пирамида — это объем виртуального 3D-пространства, видимый из камеры. Она определяется позицией и ориентацией камеры, а также углом обзора (FOV) и соотношением сторон (aspect ratio) камеры.

Когда Unity производит рендеринг сцены, каждый объект проверяется на пересечение с пирамидой видимости. Если объект находится за пределами пирамиды, он исключается из списка отрисовки и не проходит стадии растеризации и шейдеризации. Таким образом, объекты, которые не видны на экране, не тратят ресурсы на рендеринг и обрабатываются только те объекты, которые действительно нужно отрисовать.

View frustum culling работает по простому принципу: если объект полностью находится за пределами пирамиды видимости, он отбрасывается. Если объект пересекается с пирамидой, то его нужно дополнительно проверить на видимость внутри пирамиды. В Unity эта проверка выполняется с помощью bounding boxes — ограничивающих объемов, которые определяют минимальные и максимальные координаты объекта по осям XYZ.

Результатом включения view frustum culling является значительное ускорение процесса рендеринга, особенно при работе с большим количеством объектов и сложных сценах. Эта техника является важной составляющей для достижения высокой производительности в играх и VR-приложениях.

В Unity можно включить view frustum culling стандартными средствами — достаточно установить флаг «Frustum Culling» для нужного объекта или использовать команду Camera.frustumCulling через скрипт, чтобы отключить рендеринг объектов, находящихся вне пирамиды видимости.

Порталы

Порталы создаются с помощью объектов, которые действуют как окна или двери в вашей сцене. Когда камера проходит через портал, система occlusion culling автоматически понимает, что объекты, расположенные за порталом, не видимы и их не нужно рендерить. Это уменьшает количество ресурсов, необходимых для отрисовки сцены и улучшает производительность игры.

Создание порталов в Unity довольно просто. Сначала вы создаете объект, который будет служить порталом, и помещаете его в нужную позицию в сцене. Затем вы настраиваете его параметры, такие как размер, форма и направление, чтобы он соответствовал вашим потребностям. После этого вы определяете область, которая будет видима через портал, и назначаете эту область так называемой "зримой областью" портала.

Когда камера находится внутри зримой области портала, только объекты, находящиеся в этой области, будут отображаться на экране. Остальные объекты за порталом будут автоматически отключены от рендеринга. Это позволяет существенно сократить количество объектов, которые должны быть обработаны графическим процессором, и повысить производительность приложения.

Использование порталов требует некоторого планирования и предварительного анализа сцены. Вы должны определить, где на вашей сцене находятся наиболее подходящие места для создания порталов. Учитывайте, что порталы должны быть правильно расположены и настроены, чтобы увидеть реальную выгоду в производительности.

Порталы являются мощным инструментом для оптимизации occlusion culling в Unity. Используйте их мудро и получите значительное улучшение производительности вашей игры.