游戲場景管理（一）

作者：隱士低手

游戲中的場景管理，一個容易被忽視，但是卻和游戲性能息息相關(guān)的問題。現(xiàn)在的手機(jī)游戲越來越重度，比如吃雞，原神，這種大場景開放世界的游戲，場景中的物件成千上萬，如何組織場景中的物件是一個非常棘手的問題，場景管理一般解決四個重要問題。

• 視錐體剔除
• 遮擋剔除
• 碰撞檢測
• 鄰近查詢

游戲優(yōu)化會使用多種裁剪技術(shù)來減少不必要的渲染。其中視錐體剔除是最重要的裁剪工作，我們只希望把視錐體中的物體傳遞給GPU進(jìn)行渲染，視錐體之外的物體直接丟棄。如果場景中有1萬個物體，簡單的做法就是在每幀循環(huán)1萬次，做1萬次立方體與視錐體的包含判斷，如果這么做會把cpu累死。這時候就需要場景管理來優(yōu)化檢查次數(shù)，一般的場景管理算法，會把檢測次數(shù)由O(n)降低到O(logn)，提升非常大。一個游戲引擎一定會有非常優(yōu)秀的場景管理算法，這個是優(yōu)化的重中之重。

碰撞檢查和視錐體剔除一樣都是為了減少檢查的次數(shù)，但是碰撞檢查還需要考慮相對位置關(guān)系，比如子彈射線的檢查，我們除了需要快速剔除之外，還要考慮物體的前后位置關(guān)系，如果先打中后面的物體那么就會出現(xiàn)判斷錯誤。

遮擋剔除是一把雙刃劍，實(shí)時計(jì)算遮擋剔除會耗費(fèi)大量cpu時間，如果gpu做檢查然后將結(jié)果傳遞給cpu，又會增加cpu等待gpu的時間。所以在使用遮擋剔除的時候一直很糾結(jié)，用的好可以提升性能，用的不好性能反而會下降。Gpu driven rendering pipelines，是未來的發(fā)展方向，現(xiàn)在gpu越來越強(qiáng)大，將渲染的工作全部交給gpu做吧，cpu已經(jīng)夠累了。

鄰近查詢在服務(wù)器端也會經(jīng)常使用比如AOI處理，我們也不希望用笨拙的循環(huán)來查詢是否在區(qū)域中。

場景管理主要解決兩個問題

• 空間劃分
• 潛在可見集

空間劃分的目的是可以快速剔除沒用的物體，比如我們把空間劃分成眼睛前和眼睛后兩個空間，視錐體剔除可以快速把眼睛后的空間剔除，那么空間中的全部物件也就被剔除了。空間劃分算法有bsp，四/八叉樹，kd-tree，BVH樹（四/八叉樹算是BVH樹的一種）等。

潛在可見集就是解決遮擋剔除的問題，比如一面墻后面的物體可以不需要渲染，再比如進(jìn)入一個沒有窗口的房間，室外場景都不在可見范圍內(nèi)。常用的技術(shù)有PVS，入口，遮擋剔除等。

不同的游戲適合不同的場景管理算法，比如室外場景適合八叉樹，狹長的室內(nèi)場景適合Bsp。

場景管理分靜態(tài)物件和動態(tài)物件，動態(tài)物件的管理需要不停的構(gòu)建新的樹，這部分的性能消耗是否值得。

現(xiàn)在場景管理一般都是放到cpu計(jì)算，未來的趨勢是gpu計(jì)算，這部分的技術(shù)在轉(zhuǎn)變。

一系列的問題等著我們?nèi)ソ鉀Q，如何為項(xiàng)目做出合理的技術(shù)決策。首先我們需要熟悉手中的工具，先把全部的算法做一遍，了解了各個算法的優(yōu)缺點(diǎn)后，再根據(jù)具體問題具體分析。天下沒有免費(fèi)的午餐，這是唯一的學(xué)習(xí)途徑。