three.js高性能渲染室外场景

大家好，本文在相关文章的基础上，使用three.js渲染了高性能的室外场景，在移动端也有较好的性能，并给出了代码，分析了关键点，感谢大家~

关键词：three.js、Web3D、WebGL、室外场景、Instanced Draw、大场景、LOD、Frustum Cull、优化、开源

代码：Github

相关文章：
three.js实现数字孪生3D仓库一期（开源）
three.js使用Instanced Draw+Frustum Cull+LOD来渲染大场景（开源）
基于three.js的Instanced Draw+LOD+Frustum Cull的改进实现

我正在承接Web3D数字孪生项目，具体介绍可看承接各种Web3D业务

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• 亮点
• height map
• color map
• 基础纹理
• 光照
• 加入第三人称人物
• 相机与地形 碰撞检测
• 人物与地形 碰撞检测
• 加入树
• 加入草
• 人物与树 碰撞检测
• 改进方向
• 参考资料

亮点

本文的亮点是基于Instanced Draw+LOD+Frustum Cull优化，能够高性能地渲染树、草等室外物体；并且实现了基本的地形

本文代码能在PC端、移动端流程运行

height map

基于height map实现地形，能根据x、z坐标从height map中插值，获得y坐标（地形高度）

color map

预读取color map，作为顶点颜色，代替多层纹理（为了性能考虑），可用来实现 道路 等效果

基础纹理

为了性能考虑，只加入一张纹理，以repeat的方式铺在地形上，使其与顶点颜色叠加

光照

地形使用MeshPhongMaterial材质，Phong光照

加入第三人称人物

加入第三人称人物，实现方式详见实现人物

相机与地形 碰撞检测

相机移动时，不应该插入到地形中

最开始我是根据height map更新相机的y坐标，具体参考地形碰撞

这样做的问题是如果地形过高，可能导致相机拉得太高了；而且会有相机抖动的问题

所以，我改为加入地形Collider（立方体），让相机与Collider进行碰撞处理，具体详见three.js实现相机碰撞，相机不穿墙壁、物体

本文只加入了一个Collider，并以绿色的立方体来显示（实际上应该不可见）

人物与地形 碰撞检测

跟相机一样，人物也与地形Collider进行碰撞检测

加入树

基于Instanced Draw+LOD+Frustum Cull来加入树

加入草

草直接使用billboard+Instanced Draw+Frustum Cull来渲染

人物与树 碰撞检测

使用八叉树保存树，使人物与八叉树进行碰撞检测

改进方向

下面是对地形的改进方向：

• 超大地形
  目前地形只有一块，如果是开放世界的话，应该是多块地形；
  应该用四叉树作为加速结构来实现Frustum Cull；
  应该实现LOD（不同lod的三角面数不同，material也不同，如近的lod应该使用多层纹理+color map，远的lod只使用color map）
  参考：
  Tutorial 18: Large Terrain Rendering

• 多层纹理

• 加入normal map，显示细节

• 加入水

地形的系列教程如下：

DirectX 11 Terrain Tutorials
DirectX 11 Terrain Tutorials - Series 2

参考资料

Use Tri-Planar Texture Mapping for Better Terrain

多层纹理（Multilayered Terrain）