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前言

之前一直听说Unity的地形渲染很低效，在手机端没法用云云。正好最近要调研一个开放世界项目，目标是要兼容手机平台的，所以先研究一下当前版本的Unity(2021LTS)的地形渲染到底是怎么做的。至于手机上的地形，我了解到几乎都是转成模型，使用LOD渲染，然后会使用特定的材质来优化纹理采样和混合，但是这个技术首先是已经很古老了，效率必然是不错，但是用LOD来做模型必然连续性不够，变化太明显，这个技术我觉得只能作为一条退路。而部分游戏（公开资料不多）可能已经用上了GPU优化的地形渲染，比如基于Compute Shader的Culling，再比如Virtual Texture。而回到起点，我先弄清楚Unity内置地形渲染究竟是什么情况吧，再决定技术方向。

测试工程

• 测试工程是基于Unity2021.3LTS版本
• 基于Unity的第三人称新手包，在Unity编辑器中使用内置Terrain工具绘制了9块相连接的100x100的地形，其实是个很小的地图。做这么小其实是为了后面测试动态加载地块方便，否则跑半天才换一个块，然后这么小也可以看渲染性能了，其实主要是地面和植被渲染，而地形本身的三角形管理应该是基于四叉树的动态LOD，据我观察应该是CPU主线程上计算的，因为没看到相应的Job和Compute Shader，虽然效率一般但也还不至于是瓶颈（目测），暂时不研究这个了。

随手涂抹的地形

随便种了点草，远看还好吧

Terrain Layers和Splat Alpha

地形的混合纹理笔刷使用了Unity TerrainSampleAssets中附带的layer资源，我在一个地形块上使用了4个layer:

各个地形块使用的Layer有重复的，但是顺序不一定一样。

由于只使用4个Layer，因此一张Splat Alpha图就够了，其RGBA四个通道分别对应这4个Layer。下图是使用上面这4个Layer的地形块使用的Splat Alpha图：

而这个地形块是这样的：

可以看到，蓝色通道表示的是第3个Layer雪地那个层。 所以，地形纹理绘制的基本原理，就是用Splat Alpha图去混合不同的Layer。而每个Layer可以有Diffuse, Normal Map, Mask Map三张图组成。比如这个雪地的Layer:

这样这个地形块绘制的时候就需要至少 4X3+1=13张贴图，再加上可能有Lightmap，ShadowMap等，shader中贴图采样的次数绝对是爆炸，所以移动端不能用看上去毫不夸张了。当然这个场景我在小米10上测试了，这个测试场景自然是没有什么压力的，但如果地形更复杂，地图更大，再加上海量的植被，建筑，粒子，以及游戏中的各种物体，那压力可想而知。另外，只使用4个Layer其实是不够的，4个Layer就代表地面上的基础纹理和另外3个细节纹理层，丰富度并不够，但是由于一张Splat Alpha贴图只有4个通道，只能控制4个Layer，所以更多的Layer就需要额外的Splat Alpha贴图了。Unity默认的这个做法虽然很灵活，理论上支持非常多的Layer，但实际可使用的Layer数要受到性能的限制，因此也许真的只能做demo了。我知道的一个移动端的优化是将多个layer图合并到一张贴图上，形成一个atlas图，这样可以减少采样次数，当然这样也有其他问题，比如相邻图层交界处bilinear插值产生的接缝。

小结

本篇从资源的角度研究了Unity内置地形渲染使用的纹理混合方案，从资源中就已经可以看出Unity的做法了。而下篇中将从FrameDebugger中，以及从Shader代码中验证我们看到的情况。