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计算机图形学

Unreal Virtual Texture

介绍 Unreal Virtual Texture 的四类使用场景：Static Virtual Texture、Runtime Virtual Texture、VT Decal 与 Terrain Blend，强调各自的资源与材质接入方式。

2019-10-144 分钟阅读
Unreal Virtual Texture

做地形材质的时候为了更多的细节往往不会直接在外部 DCC 里面去 Bake 一个 Terrain 大图，而是直接在引擎里面用各种检测算法比如 Slope 去智能的根据地形外貌进行上色。如图。

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而这样做虽然效果好迭代也快但是对于资源的消耗也是很高的，毕竟每帧都要读 N 张贴图去进行各种复杂的叠加混合。于是前人便想了一种降低此过程开销的东西，那便是 VirtualTexture（简称 VT）。对于 VT 最早是由 Doom 的 John Carmack 主导的。这个版本的 VT 做法大概如下。

第一步就是把导入的贴图（JPEG, TGA, PNG）进行切割得到 PageTexture（即全部 PageTexture 合在一起叫 VirtualTexture），比如 1024×1024 的贴图切四份然后存在磁盘里（Mip 也随着一起切）。

第二步用一个 FeedbackPass 计算当前表面可见的 PageID 和 MipLevel 并将结果写入 FeedbackRT，然后用这个信息去 Load 对应的 PageTexture 并加载到 PhysicalTexture，并将 PageTexture 在 VirtualTexture 的位置和其写入到 PhysicalTexture 位置的对应关系写入到一个 IndirectTexture。

第三步材质里面把挂在网格的 UV 转到 VT 的 UV 下并通过 IndirectTexture 找到它在 PhysicalTexture 上的位置并采样输出。

一、Static Virtual Texture

这种方法在 UE 里面貌似叫 Static Virtual Texture。使用时只需把贴图的属性里面勾上 VirtualTextureStreaming 然后和以往的贴图一样用就行，剩下的细节由 UE 自己处理。

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开启加载 VT

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和普通贴图一样用法这里就简单混合一个 ZMask

在控制台输入 r.VT.Borders 1 和 r.VT.Flush 1 可开启 StaticVT 的 Debug 可视化。这种方法感觉比较适合 StaticMesh 这种 Primitive，在地形上估计没有啥质的提升。

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二、Runtime Virtual Texture

所以地形上后来又出现了 Procedural Virtual Texture。这个和 StaticVT 主要区别是 Dynamic 和 Procedural。对于 Dynamic 来说加载的贴图并不会事先对它切割成 Page 而是直接根据情况加载整张贴图到 PhysicalTexture。对于 Procedural 因为能做到实时加载，实时卸载，实时合并那么自然而然的就能够完美支持各种 ProceduralTexture 的绘制。可以参考麦老师的 MVT。

这个东西在 UE 里面对应的是 RuntimeVT。用法首先得新建一个 VT 资源，这里面可以选择它的一些属性比如 Size 和 TileSize，BorderSize 之类的东西以及这个 VT 是只存成 Color 还是 Color 和 Normal 都存之类的。

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然后材质里面和往常做智能材质一样拿贴图进来用（这部分就代表着 Procedural），然后结果不直接输出在材质的 Pin 上而是输出在 VTOutput，再在输出的 Pin 上接入 VTSampler 节点里放好创建的 VTAsset 以及对应的属性。

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接入的数据和往常做地形材质一样，用程序化的模式去构建地形外貌。

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然后地形上加好这个材质并在其 VT 属性栏里放入和材质里面一样的 VTAsset，并拖拽一个 VTBox 罩住某个区域其属性的 VTAsset 也要一一对应。

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随后就完成了 RuntimeVT 的应用。因为 Procedural 的内容只是操作了一次并把结果写入 VT 然后地形采样 VT 来得到颜色等数据所以对比以前的 ProceduralMaterial 倒是加强了不少运行时的运算性能。像这儿实验用的材质在不用 VT 之前都是红的。

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三、VT Decal

而 RuntimeVT 的另一个 Procedural 功能便是 VTDecal，像幽灵行动就是满地的 Decal 来做细节效果。在 UE 里面并不直接支持 Decal 去操作这种内容而是用了一种类似 MeshDecal 的操作。首先材质里面需要将 MaterialDomain 切换到 VirtualTexture 然后和以往做模型材质一样即可。随后场景地形上放一个 BoxMesh 并赋予 VT 材质，设置好 VT 参数便能得到下图效果。扩展一下可以直接把 SplineRoad 的材质换成 VT 贴上去。

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四、Terrain Blend

有了 VT 自然而然的做 TerrainBlend 就会很轻松直接物体采样 VT 然后算个 Mask 混合一下即可，比如 SDFMask 或者自己捕捉一个 TerrainPos 去采样用模型自身 Pos 比较得到 Mask，我这儿就不整那么复杂了。

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总体试了一下倒是还蛮不错的特别是 RuntimeVT。不过也有一些不足，比如一个地形材质只能放一个 VT 支持如果大地形不想 VT 精度很低，得严格的做 TileLandscape 并每个 Tile 指定一个材质和 VTAsset 和 VTVolume，这对流程会更具有规范性，倒也是好事至少能挡一些奇怪的美术操作。ennm，interesting。