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用自动 LOD 简化网格

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LOD（Level of Details）是一个强大的工具，在 2.0 版本中被添加到 Babylon.js 中。 这个概念相当简单：当相机距网格一定距离时，减少显示的面部数量将提高性能，而用户不会注意到这种减少。

LOD要求开发人员在原始网格上添加一些网格。 创建这些网格的方法之一是简化。 许多 3D 工具提供各种简化算法。 有时称为抽取。

从版本 2.0 开始，Babylon.js 提供了浏览器内简化功能，该功能异步工作，同时尽量不干扰渲染过程。 这些LOD级别将在计算完成后自动添加到场景中。

1、用法 - 简化网格

BABYLON.Mesh 类的任何对象都具有具有以下签名的“simplify”函数：

public simplify(settings: Array<ISimplificationSettings>,
                parallelProcessing: boolean = true,
                type: SimplificationType = SimplificationType.QUADRATIC,
                successCallback?: () => void);

参数说明如下：

settings：设置对象有两个参数：

  • quality - 0.0 到 1.0 之间的数字，定义抽取的百分比（1 表示 100%）
  • distance - 距要添加此 LOD 网格的对象的距离。
  • optimizeMesh（自 2.1 起） - 网格应该优化吗？ 可选，默认为 false。 稍后将详细介绍优化。

settings数组的一个简单示例是：

[
  { quality: 0.9, distance: 25, optimizeMesh: true },
  { quality: 0.3, distance: 50, optimizeMesh: true },
];

对于TypeScript用户和“new”爱好者来说，存在一个 SimplificationSettings 类。 所以，也可以这样做：

const settings: Array<ISimplificationSettings> = []; //in JS: const settings = [];
settings.push(new BABYLON.SimplificationSettings(0.8, 60));
settings.push(new BABYLON.SimplificationSettings(0.4, 150));

parallelProcessing ：该代码异步运行。 并行处理标志设置每个级别的处理顺序。 如果设置为 true，则所有内容都将一起运行。 这将使用更多的 RAM（在一段时间内），但通常会运行得更快。 然而，由于帧之间的许多并行计算，FPS 可能会降低到不可接受的水平。 将此标志设置为 false 将处理一个又一个的设置。 这将仅使用一个简化对象，并且将使用更少的 RAM。 然而，这可能需要更长的时间。

type ：为了允许实现进一步类型的简化（对于感兴趣的人将在后面解释），应该说明简化的类型。 目前只有一种，BABYLON.SimplificationType.QUADRATIC。 如果类型未定义，这也是默认值。

successCallback ：由于这是一个异步函数（立即返回），因此需要回调才能在简化过程结束后运行代码。Auto-LOD 过程成功完成后将调用此函数。

使用示例：

BABYLON.SceneLoader.ImportMesh("", "./", "DanceMoves.babylon", scene, (newMeshes, particleSystems, skeletons) => {
  newMeshes[1].simplify(
    [
      { quality: 0.9, distance: 25 },
      { quality: 0.3, distance: 50 },
    ],
    false,
    BABYLON.SimplificationType.QUADRATIC,
    function () {
      alert("LOD finisehd, let's have a beer!");
    },
  );
});

简化完成后，你还可以利用网格类的 getLODLevelAtDistance 和 getLODLevels 函数来访问简化后的网格。 你可以使用它来克隆简化网格并独立于主网格使用它。

2、规则和注意事项

并非所有网格都可以简化。 更好地说 - 所有网格都可以简化，但有些网格不应该简化。

像 Box 这样的对象（如果以最佳方式构建，如 BABYLON.MeshBuilder.CreateBox 函数）没有可以删除的“额外面”。 移除一个面将导致它……不再是一个盒子。

需要遵循的一些“规则”（永远不要忘记，规则就是用来打破的！）

  • 尝试简化具有超过 500 个面的网格。 低于这个数字可能就没有意义。
  • 最适合简化的网格是复杂的对象。
  • 像平面这样的网格在简化后可能会失去形状。
  • 网格质量越低，距离应该越远。 这不应该是线性的 - 简化到 90% 的复杂网格可能看起来仍然几乎相同，但在 30% 时，很明显网格被简化了。 较低质量的简化应该定义较大的距离。
  • 尝试简化代表单个对象的网格。 一个包含许多远处物体的网格会简化得相当差。 LOD 在此类网格上的效果也很差，因为网格的位置实际上并不是所有网格部件的位置。
  • 在开始抽取之前设置网格的材质。 LOD 网格在初始化时使用它们。 如果不设置它们，则预计材料会在达到给定距离时消失。

小技巧：

  • 二次简化可以使用许多因素来计算。 位置、法线、颜色、UV坐标等...因素越多，运行速度就越慢（计算量越多）。 我们决定仅保留位置 - 这意味着简化后，UV 坐标有时会有点偏差。 如果遵循上述规则 4，通常不会引起注意。
  • 网格可能会改变其形状。 对于小平面来说非常引人注目。网格中可能会突然出现“洞”。 使用网格优化可以避免这种情况（从 2.1 开始，面进一步描述）
  • 从 Babylon.js 2.1 开始支持子网格。 由于缺乏边界检测，具有子网格的网格不会被 100% 正确地抽取（参见下一点）。 尝试一下，看看它是否符合你的需求。
  • 边界上的一些三角形将被“删除”。 原因通常是（缺乏）边界检测，这是原始论文的一部分。 由于正确计算所需的时间，该功能未包含在实现中。
  • 使用图像初始化的对象（最好的例子是基于高度图的地面）只会在图像完全加载后才会减少。 为此，请利用它们的 onReady 回调：
const ground = BABYLON.MeshBuilder.CreateGroundFromHeightMap("ground", "textures/heightmap.png", {width: 20, height: 20, subdivisions: 100, onReady: (readyMesh) => {
    //Simplify mesh here
    readyMesh.simplify([{quality: 0.1, distance: 10}]);
    ...
}}, scene);

3、网格优化（从 Babylon.js 2.1 开始）

由于 Babylon 文件格式的性质，许多顶点可能具有相同的位置、法线，但具有不同的颜色/uv 信息。 这给抽取过程带来了问题，抽取过程依赖于改变具有相同位置的所有三角形。

如果你尝试简化网格，但它突然缺少一些三角形，这就是原因 - 你的网格没有针对简化进行“优化”。

有两种类型的优化可用：

  • 全局改变函数，它是 BABYLON.Mesh 的一部分：
mesh.optimizeIndices(function () {
  //do whatever you want here
});

该选项改变（！）网格的索引顺序。 它速度更快，但可能会更改网格顶点的 UV 坐标。 如果是这种情况，请使用：

  • 简化过程中的优化 - 简化设置现在包含一个新变量：optimizeMesh，它是一个默认为 false 的布尔值。 如果设置为 true，则在网格准备抽取期间将运行不改变网格优化。 简化将在临时顶点数组上运行，并将新顶点的位置与旧的 uv/颜色信息相关联。 这是更好的选项，但也是较慢的选项（对于像演示头骨这样非常大的网格会很明显）

检查哪一种方法最适合你。 两者都有其优点和缺点，为了获得更好的结果，请使用第二个选项（在设置中将 optimizationMesh 设置为 true）。

4、开发进一步的简化算法

如果要添加新的简化算法，需要执行以下几个步骤：

  • 创建一个实现 BABYLON.ISimplifier 接口的类（当然还要实现该函数！:-)）
  • 将简化类型添加到 SimplificationType 枚举
  • 在 mesh.simplify 函数中添加类 init （内部函数“getSimplifier”应包含您的类型）。
  • 我们很高兴看到采用你的新简化方案的 PR！

5、直接访问简化类

可以直接访问二次误差抽取并使用其功能，通过创建 QuadraticErrorSimplification 类的对象来做到这一点：

const decimator = new QuadraticErrorSimplification(meshToDecimate);

之后你可以使用以下对象变量：

  • decimationIterations - 抽取过程的最大迭代次数。 简化（通常）会在最大迭代次数之前停止，但实际上一切都取决于下一个变量。 默认值：100。
  • aggressiveness - 决定三角形是否可以删除的阈值是使用此变量决定的。 将其设置为较低的值（例如 2）将导致抽取速度稍慢，但在选择三角形时会更加精确。 将其设置为较高值（例如 15）可能会导致抽取在 1 或 2 次迭代中结束，因为将选择删除大量三角形。 无论如何，一旦达到质量，该过程就会停止。 问题是——它是否选择了更好的三角形来消灭！ 默认值：7。
  • syncIterations - 异步迭代内同步迭代的数量。 很难解释，但是较低的数字对性能的影响较小，但会使该过程花费更多的时间。 如果您需要解释，请查看babylon.tools.js 中的AsyncLoop 类或在论坛上联系@raananw。 设置变量后，可以运行简化函数来启动整个过程：
simplify(settings, successCallback);

请参阅上面的解释以了解每个变量的含义。

原文链接：Simplifying Meshes With Auto-LOD

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