Unity：视锥剔除&遮挡剔除

视锥剔除（ Frustum Culling）

摄相机视野的空间形态是一个四棱锥，Unity称之为“视锥（Frustum）”，默认情况下，Unity会和人的眼睛一样，自动将视锥以外的物体动态地禁止渲染，也就是只渲染视锥以内的物体，这就是“视锥剔除”。一般情况下我们是看不到“视锥剔除”现象的，但“视锥剔除”在运行时会自动启用。

下图左边几条白色线包围的部分就是相机视锥（俯视），因为未使用遮挡剔除，所以场景中的所有物体均可见。

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下图为添加遮挡剔除并使用其可视化预览功能的情况。在右下角弹出的可视化预览面板中，激活“Camera Volumes（相机体积）”，取消“Occlusion Culling（遮挡剔除）”复选框的勾选，目的是先禁用遮挡剔除，只预览“视锥剔除”效果。说到这里，有些童鞋肯定有些晕，不是说添加了遮挡剔除，怎么又禁用了呢？因为是想先给大家直观地展示一下视锥剔除的效果，可一般情况下大家是看不到的，而遮挡剔除使用后，视锥剔除和遮挡剔除的效果都可以用可视化预览，并且取消预览面板中的“Occlusion Culling”复选，所预览到的就只是视锥剔除的效果了。

视锥剔除后，只有视锥以内的物体可见，视锥以外的物体都被剔除掉了。对比上一张图和下图右下角游戏视图的预览，我们发现视锥剔除后，游戏视图中所看到的内容没有任何变化，这也就是说，视锥剔除不会改变游戏视图的视觉内容，但是由于剔除了视锥以外的内容，游戏视图相机的渲染量被大幅降低，如果不剔除，运行时游戏视图的相机会因渲染负担沉重而卡顿。视锥剔除是Unity3d的特性，无需特别设定，运行时会自动启用。说到这里，一定有童鞋说，既然这是Unity3d特性，那你费什么话，啰里啰嗦说半天视锥剔除？因为搞清楚了视锥剔除的原理，对于理解遮挡剔除是非常有帮助的。

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遮挡剔除（Occlusion culling）

通俗地讲，就是将距离相机当前位置最近的一组非透明物体完全遮挡（看不到）的物体，动态地禁用渲染（禁用渲染一些物体，游戏视图的渲染负担就会减轻，作品跑起来就会流畅一些），这就是“遮挡剔除”。简单地说，就是把被遮挡住的物体剔除掉。

勾选“Occlusion Culling”也就是在Scene视图中除了预览视锥剔除的效果，也预览遮挡剔除的效果。勾选后，由下图可见，刚才视锥内保留的好多物体又消失了；使用遮挡剔除后，那些物体也被剔除掉了，所以不可见了；但是对比游戏视图的内容和前面没有任何剔除以及视锥剔除后游戏视图的内容，完全一样，也就是说，遮挡剔除后，也不会改变游戏视图的内容，但是在视锥剔除的基础上，又进一步大幅度降低了相机的渲染量，运行时作品会更加流畅，因为被剔除物体的几何、材质、光照贴图、粒子系统等都不再被渲染了。

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通过上面的静帧图解，大家对视锥剔除和遮挡剔除有了形象的理解，但是运行时，相机的位置和方位角是动态变化的，所以被剔除和被保留的物体也是动态变化的。前面为了简化问题，我用了俯视视角图解了视锥剔除和遮挡剔除，下面我们用动态GIF图像来看看实际遮挡剔除和视锥剔除。

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需要说明的是，如果将整个场景合并为一个物体，遮挡剔除和视锥剔除没有任何效果，为什么呢？因为视锥剔除是根据物体的最大外轮廓（或者说是物体的边界框）是否在视锥以内来确定是否被剔除，如果合并成一个物体，相机怎么移动，物体的边界框都在视锥以内。对于遮挡剔除来说，都合并成一个物体了，哪还有被遮挡的物体呢？所以要通过遮挡剔除和视锥剔除优化场景，严禁将所有物体合并为一个物体，除非场景规模非常小。

遮挡剔除的过程是使用一个虚拟相机构建潜在可见物体集合的层级结构数据，好让每个摄像机在运行时使用这个数据来识别哪些物体可见，哪些物体不可见。 有了这些数据，Unity的相机将只对可见物体渲染，不仅降低了绘制调用（draw calls）的次数，并可提高游戏的性能。

遮挡剔除的数据由许多单元格（下图中Scene视图中的蓝色3d线框）组成，每个单元格是整个场景边界体积的细分，具体地说就是这些单元格构成了一个二叉树结构。遮挡剔除使用了两个树结构，一个用于视图单元（静态物体），另一个用于目标单元（动态物体象）。 所有视图单元映射到定义可见静态物体的索引列表，从而为静态对象提供更准确的剔除效果。

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在建模时要记住很重要的一点，即要考虑在物体大小和遮挡剔除的单元格大小之间求得最佳平衡。理想情况下，不应该有比物体小太多的单元格，同样地，也不应该让物体的尺度比单元格大到跨越了许多单元格。可以考虑在建模软件中将大的物体分解成较小的多个物体来改善剔除，但有时也需要考虑将小的物体合并在一起以减少绘制调用（draw calls），并且只要它们都属于同一个单元格，就不会影响遮挡剔除。

遮挡剔除对模型的要求：要使用遮挡剔除，模型必须在建模软件中被分解成合理尺寸的大小，以适应unity中遮挡剔除的单元格细分尺寸。在建模软件中尽可能把模型分解成比较小的几何体，且被比较大的物体（例如墙壁，建筑物等）遮挡的布局对于unity中的遮挡剔除优化是很有帮助的。

遮挡剔除的一般设置：在检视面板中，将要参与遮挡剔除计算的静态物体标记为Occluder Static（静态遮挡物）或Occludee Static（静态被遮挡物），如下图所示。Occluder是遮挡物，也就是遮挡其他物体的物体，Occludee是被遮挡物，也就是被其他物体遮挡的物体。有的物体需要同时勾选Occluder Static和Occludee Static，也就是这个物体既遮挡别的物体，也会被别的物体遮挡。有的物体只需勾选Occluder Static，例如比较大的物体，它是永远不会被其他物体遮挡。而有的物体只需勾选Occludee Static，例如比较小的物体，因为它遮挡其他物体的可能性很小，单独勾选Occluder Static或Occludee Static，可减少遮挡剔除的计算量，即可加快遮挡剔除的烘焙。如果将场景中比较大且不可能被其他物体遮挡的物体设置Occludee Static，或者将比较小且不可能遮挡别的物体的物体设为Occluder Static，除了浪费烘焙时间和增大遮挡剔除数据文件外，毫无意义，所以根据物体的实际情况，合理地对其进行遮挡剔除设置，对加快遮挡剔除烘焙和优化遮挡剔除数据非常重要。另外补充一点，很多人在烘焙场景时，按照官方的要求，将要烘焙的静态物体直接设置为“Static（静态）“，也就是将检视面板右上角的“Static”复选框直接勾选，可当展开“Static”后面的下拉菜单的三角符时，发现后面有一堆这静态那静态的选项，如果直接勾选Static，就等于把这个下拉菜单里的所有选项（除Noting外）都勾选了，在烘焙场景时，不要直接勾选“Static”，而只需勾选“Lightmap Static”，全部勾上会给烘焙增加多余的计算负担和时间，做什么计算，就勾什么选项，全部勾上，进行遮挡剔除计算时不分青红皂白，会浪费很多时间。

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这里特别说明一下，当使用LOD Group优化时，只有LOD0可作为遮挡物。

设置物体的Occluder Static和Occludee Static，也可以在遮挡剔除面板中完成，即单击打开菜单Window > Rendering > Occlusion Culling，在弹出的面板（如下图所示）中选择“Object”，并且在场景中选择“网格渲染器（也就是场景中的物体）”，遮挡剔除面板下方即会出现Occluder Static和Occludee Static两个复选框，在这里勾选，和前面设置物体的Occluder Static和Occludee Static属性异曲同工。遮挡剔除面板各按钮的功能见下图。

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Occlusion Culling 窗口

1.Object 选项卡

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在 Object 选项卡中，可以单击 All、Renderers 和 Occlusion Areas 按钮以筛选 Hierarchy 窗口的内容。
当 Renderers 筛选条件激活时，在 Hierarchy 窗口或 Scene 视图中选择一个渲染器，即可在 Occlusion Culling 窗口中查看和更改渲染器的遮挡剔除设置。
当 Occlusion Areas 筛选条件激活时，可以在 Hierarchy 窗口或 Scene 视图中选择一个遮挡区域，然后在 Occlusion Culling 窗口中查看和更改遮挡区域的 Is View Volume 设置。也可以单击 Create New Occlusion Area 以便在场景中创建新的遮挡区域。

2.Bake 选项卡

在 Bake 选项卡中，可以微调遮挡剔除烘焙过程的参数。请通过配置这些设置在烘焙时间、运行时数据大小和可视化结果之间找到平衡。
Set Default Parameters 按钮可将参数重置为默认值。

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Smallest Occluder :可以遮挡其他游戏对象的最小游戏对象的大小（以米为单位）。通常，要使文件最小且烘焙时间最短，应选择在场景中产生良好结果的最大值。
Smallest Hole :摄像机可以看到的最小间隙的直径（以米为单位）。通常，要使文件最小且烘焙时间最短，应选择在场景中产生良好结果的最大值。
Backface Threshold :如果需要减小烘焙数据的大小，Unity 可以在烘焙时对场景进行采样，并排除场景中可见遮挡物几何体所含背面超过给定百分比的部分。背面百分比很高的区域可能在几何体的下方或内部，因此不太可能是在运行时摄像机所在的某个位置。默认值 100 表示绝不会从数据中删除区域。值越小，产生的文件就越小，但可能会导致视觉失真。

3.Visualization 选项卡

当 Visualization 选项卡可见时，如果在 Scene 视图或 Hierarchy 窗口选择一个摄像机，则 Unity 将更新 Scene 视图，从所选摄像机的视角显示遮挡剔除的效果。可以使用 Scene 视图中的 Occlusion Culling 弹出窗口来配置可视化设置。