3D地形编程——之GeoMipMap基础（1）

HoneyCat游戏编程学习笔记---之3D地形编程

原著《Focus on 3D Terrain Programming》

翻译：邱涛 风轻炫舞 HoneyCat

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Blog：http://blog.csdn.net/honeycat/

QQ：241855668

说明：英语水平有限，在自己学习时候同时记录下来的，希望能与大家技术交流互相学习，翻译有误的地方欢迎指出。Good luck to you.

 

 

第5章

Geomipmapping For The CLOD Impaired

 

喔嚯！你现在开始学习所有地形编程的核心部分，他们又难以置信的复杂算法组成。实际上，这是一个谎话。在这一章我将讲述3个算法，选择他们是因为他们简单而且高效。并且，再一次在这本书，我将让你省略漫长的介绍而简要的告诉你这章的事项：

 

n         连续层次细节（CLOD）含义的解释

n         Geomipmapping（Geometrica Mipmap）的理论知识

n         实现GeoMipMapping的方法

 

为了简单，我打破了这3个事项。不管这些分类，这章就太庞大了。不过，别让这章的大小吓到你；这些具体内容将一如既往的用一种有趣且简单的方法描述。然而，注意我将改变一些学习的风格。第5、6、7章比前面的章节更多关注算法的讲解和伪代码。在随后几章，我仍然为你提供我自己的示例和实现，但这些实现是简单的，而且你应该只有在它们同文字关联起来时使用。照之前说的，我们开始吧。

 

CLOD Terrain 101

你已经在这本书里听过Continuous Level of Detail(CLOD)几次了，但现在是我告诉你它到底是什么的时候了。连续层次细节（CLOD）算法用一句话来说，是一个动态多边形网格“给”需要更多细节的区域额外的三角形。那是个简单的描述，但是你将在这节结束前明白更多关于连续层次细节（CLOD）的东西，你将更多知道这章结束了。如果你现在还没理解连续层次细节（CLOD）是什么，别烦恼。

 

CLOD 地形为什么麻烦

连续层次细节（CLOD）算法需要更多探究，比代码更难，平均比蛮力（brute force）方法占用更多CPU周期。同那些一起在你的心里，为什么你希望麻烦的连续层次细节（CLOD）算法？答案真的简单：为了创建更真实的、更细致的、最重要的、更快速的地形片。

 

更多细节添加到需要更多细节的地方

连续层次细节（CLOD）的一个基本想法是我们添加更多的细节（更多三角形）到需要它们的地方。举例来说，如果我们有一个相当平滑的地形片（见图5.1），比起我们想要一个复杂的多的地形片（见图5.2），我们想要平均较少的三角形。

 

 

图5.1 需要较少的三角形渲染这个平滑地形。

 

 

图5.2 需要许多三角形渲染这个复杂地形

 

然而，不是所有算法都担心需要细化的区域中三角形的分布。Geomipmapping不对需要细化的区域放置更多三角形，但是Rottger的四叉树（Quadtree）算法（在第6章，“攀登四叉树”）是这样做的。因此，做为一个整体来看对连续层次细节（CLOD）而言，对需要细化的区域增加更多细节，并不总是真的，但是绝大多数情况是。我已经完全把你搞混乱了吗？

 

剔出你以前从未剔除的！

另外可以确定的是连续层次细节基础（CLOD-based）算法它们允许比蛮力（brute force）算法拣选更多的多边形剔除。这意味着那些多边形不可见、不会发送给API。举例来说，我们从一系列地形片开始工作以实现Geomipmapping。如果一个图块是不可见的，我们清除潜在的289个渲染顶点（17×17的顶点块）象掉下一般。这极大减轻显卡加载的负担，并且剔除也没让CPU繁忙（剔除载CPU中进行）。用简单的方法，象一个整体样的我们让GPU和CPU两者都满意，也让主板高兴。

 

不是在CLOD地形大陆的每件事都高兴

尽管，使用连续层次细节（CLOD）算法有一些缺点。很神奇的，全世界的都帮助我写下这一节，在今天早些时候我的邮箱收到了8月发行的Game Developer Magazine。在大多数连续层次细节（CLOD）算法中主要的缺点是在每帧多边形网格更新时复杂的“薄记”。

这个“薄记”的缺点在大多数这些算法（Geomipmapping、Rottger的四叉树算法、ROAM）被设计时几乎不流行。那是因为在这些算法希望大部分工作量放在CPU，并且只有少量需要的信息传给GPU。从那时起，尽管事情完全改变了一小部分。现在我们希望比放在CPU更多的焦点放在GPU上。

 

包装你对CLOD地形的入门

很显然，如果Geomipmapping、Quadtree、ROAM算法都过时了，现在你就不会读到他们了，意思就是某人，某时对每个算法优化后仍旧让它们成为当今重要的地形渲染。在这个观点下，我们将走出连续层次细节(CLOD)的入门期，并且开始进入Geomipmapping实现的入门。

 

半弱的CLOD的Geomipmapping理论

Geomipmapping由Willem H. de Boer开发，是一个友好的GPU连续层次细节（CLOD）算法。它也是完美转变到CLOD大陆的简单算法。我们继续前进，你也许会想查阅实际Geomipmapping的白皮书，为了你方便浏览放在CD-ROM里。(Algorithm Whitepapers/geomipmapping.pdf。)

 

简单的基础

如果你对Mipmap纹理映射的概念很熟悉，那么Geomipmapping似乎对你来说也应该很浅显。它们的概念是一样的，除此之外我们不是对纹理而言，而是对地图片的顶点而言。继续Geomipmapping的概念，需要规则的地形片。意思就是，一个片的大小是5个顶点（5×5的格子）。5×5的块将有许多级别（level）的细节，级别0是最细致的，在这里面级别2是最粗糙的。如果你需要每个块不同级别的直观展示请看图5.3。在图中黑色顶点不会被送到渲染API，但是白色顶点会。

 

如果你想查阅Willem de Boer的Geomipmapping白皮书，你也许会注意到三角形排列方式在图5.3与白皮书中的方式有些稍微不同。这么做的原因在晚一点说，但是现在就只需要知道我这么做是有原因的。

 

现在是时候我们讨论Geomipmapping更多一点的内容。之前你已经知道了基础，但是现在是时候让你了解所有……

 

 

图5.3 地图块的三角形排列方式，最高细节排列在左边，最底细节排列在右边。

 

好的，几乎所有事。我也许会保留些信息。

 

如同我之前所说的，Geomipmapping与MapMip纹理映射相似，除了用陆地块代替纹理块以外。我们需要做什么呢，从我们在3D空间中的点（摄像机观察点的位置）开始，这让在观看者周围的所有块都是最高细节，因为这些块占据了用户视野的大部分。在一个特定的距离之外，我们将选择低一些级别细节的块。同时，在又一个距离外，我们选择更低级别的细节。图5.4形象的展示了这些内容。

 

如同你在图中所看的，这些块在观看者所在的当前区域是0细节级别（Level of Detail简称LOD），这个意思就是这些块是最高细节级别。随着块变的更远，他们变成级别1，这是第2高细节级别。在距离观看者更远的距离，图块是级别2，这是图像呈现的最低细节级别。

 

让三角形排列简单

早些时候，你也许注意到我在图5.3中使用的三角形排列方式与我让你查阅的Geomipmapping文章（在CD中或者互联网上，网址在这章的末尾）中有些不同。实际上你不必现在就打开那篇文章，图5.5中展示了文章建议的三角形排列看起来象什么样。