[游戏开发]【Unity】【ComputeShader】使用ComputeShader计算相机视野

前言：

? ? ? ? 设一个1024*1024的地块，需要实时计算有哪些地块在相机范围内。为了提高运行效率，这里用ComputeShader来计算。

1、准备工作

? ? ? ? 先在Unity右键创建一个ComputeShader，然后再创建一个Canvas，放一张RawImage（用于接受调试用的图片）。

? ? ? ? 然后创建一个控制类，添加以下控制组件：

public class ComputeTest : MonoBehaviour
{
    #region 外部赋值属性

    /// <summary>
    /// 用于显示用的调试图片；
    /// </summary>
    public RawImage ShowImage;

    /// <summary>
    /// 当前计算Shader
    /// </summary>
    public ComputeShader shader;

    /// <summary>
    /// 当前主相机
    /// </summary>
    public Camera mainCamera;

    #endregion
}

2、写ComputeShader代码：

? ? ? ? 原理就是，由客户端传过来摄像机的VP矩阵，然后在Shader里计算当前格子是否显示。然后写入到目标图片里就可以了。

? ? ? ? （具体的ComputeShader的介绍网上很多了，这里就不赘述了）

// Each #kernel tells which function to compile; you can have many kernels
#pragma kernel WolrdMapVisable

// Create a RenderTexture with enableRandomWrite flag and set it
// with cs.SetTexture
RWTexture2D<float4> Result;

float4x4 WorldToCameraMatrix;

//使用VP矩阵计算是否可见
bool IsVisableInCamera (float x,float z)
{
    float4 clipPos =mul(WorldToCameraMatrix, float4(x,0,z,1));
    float3 ndcPos = float3(clipPos.x / clipPos.w, clipPos.y / clipPos.w, clipPos.z / clipPos.w);

    float view_x = 0.5f + 0.5f * clipPos.x / clipPos.w;
    float view_y = 0.5f + 0.5f * clipPos.y / clipPos.w;

    return view_x>=0 && view_x<=1 && view_y>=0 && view_y<=1 && clipPos.w>0;
}

[numthreads(8,8,1)]
void WolrdMapVisable (uint3 id : SV_DispatchThreadID)
{
    float x=id.x;//0~1024
    float z=id.y;//0~1024

    bool IsVisialbe = IsVisableInCamera(x,z);

    float retValue = IsVisialbe?1:0;    
    //如果可见显示白色，不可见显示黑色
    half4 col=half4(retValue,retValue,retValue,1);

    Result[id.xy] =col;
}

? ? ? ? 这里的图片是外部传过来，定好的大小（1024*1024）；

3、编写Unity C#控制代码

    private const int TextureSize = 1024;//整个地图大小
    private const int ThreadGroup = 8;
    private const int ThreadGroupSize = TextureSize / ThreadGroup;

    //各种属性名；
    private const string ComputeShaderName = "WolrdMapVisable";
    private const string ComputeTextureName = "Result";
    private const string ComputeMatrixName = "WorldToCameraMatrix";

    private int kID;
    private int matixNameID;
    private RenderTexture texture;

    // Start is called before the first frame update
    void Start() { RunComputeShader(); }

    private void RunComputeShader()
    {
        //设置用于ComputeShader的贴图；
        texture = new RenderTexture(TextureSize, TextureSize, 24);
        texture.enableRandomWrite = true;
        texture.filterMode = FilterMode.Point;
        texture.Create();

        //将图片显示在UI上，调试用；
        ShowImage.texture = texture;

        //获取Shader的一些属性；
        kID = shader.FindKernel(ComputeShaderName);
        matixNameID = Shader.PropertyToID(ComputeMatrixName);

        //启动Shader：
        shader.SetTexture(kID, ComputeTextureName, texture);
        UpdateComputeShader();
    }

    void Update() { UpdateComputeShader(); }

    /// <summary>
    /// 每帧调用一次，设置相机矩阵
    /// </summary>
    private void UpdateComputeShader()
    {
        shader.SetMatrix(matixNameID, mainCamera.projectionMatrix * mainCamera.worldToCameraMatrix);
        shader.Dispatch(kID, ThreadGroupSize, ThreadGroupSize, 1);
    }

? ? ? ? 这个C#代码就比较简单了，简单看一看就OK了。

? ? ? ? 之后运行起来看看：

? ? ? ? ?可以看到可视范围（白色）就随着相机的变化而改变了。

4、将计算结果返回

? ? ? ? 然而，以上通过ComputeShader计算的结果仅仅是一张图片而已，C# 里面并不能获取到具体的值。在某些情况下（如显示小地图），这种情况就已经OK了。但如果我们要知道哪些坐标点是在相机范围内的，这个就需要使用ComputeBuffer来处理了。

? ? ? ? 在C#代码里做以下补充：

……

    private const string ComputeBufferName = "VisableCellBuffer";
    private int ComputeBufferID;
    private ComputeBuffer AppendBuffer;

……

private void RunComputeShader()
{
……
        //这里的初始化 AppendBuffer 的时候就要传入理论最大值，不然后续读取的时候会失败；
        AppendBuffer = new ComputeBuffer(TextureSize * TextureSize, sizeof(int), ComputeBufferType.Append);
        ComputeBufferID = Shader.PropertyToID(ComputeBufferName);
……
}

private void UpdateComputeShader()
{
……
        SetAppedBuffer();
……
}

private void SetAppedBuffer()
{
        AppendBuffer.SetCounterValue(0);
        shader.SetBuffer(kID, ComputeBufferID, AppendBuffer);
}

?在ComputeShader里需要做以下补充：

……

AppendStructuredBuffer<int2> VisableCellBuffer;

……

[numthreads(8,8,1)]
void WolrdMapVisable (uint3 id : SV_DispatchThreadID)
{
……

    if(IsVisialbe)
    {
        //把可见的格子转换成int值，然后存进VisableCellBuffer里面。
        int2 index=x*10000+z;
        VisableCellBuffer.Append(index);
    }

……
}

????????这样就可以把显示个格子转成一个坐标ID传出来了。

????????然后读取方法如下：

    private int[] ArrRet = new int[ThreadGroupSize];

    private void ReadAppendBuffer()
    {
        var countBuffer = new ComputeBuffer(1, sizeof(int), ComputeBufferType.IndirectArguments);
        ComputeBuffer.CopyCount(AppendBuffer, countBuffer, 0);

        //通过这个方法拿到第一个数据，就是AppendBuffer的数量
        int[] counter = new int[1] { 0 };//ToDo，这里还可以继续优化；
        countBuffer.GetData(counter);

        int leftCount = counter[0];
        int startIndex = 0;

        while (leftCount > 0)
        {
            int leftSize = Mathf.Min(leftCount, ThreadGroupSize);
            AppendBuffer.GetData(ArrRet, 0, startIndex, leftSize);//分几次读取出来；

            for (int i = 0; i < ThreadGroupSize; i++)
            {
                //Debug.Log($"[{startIndex}|{i}] {ArrRet[i]}");
            }

            leftCount = leftCount - ThreadGroupSize;
            startIndex = startIndex + ThreadGroupSize;
        }
    }

????????这样就可以读取ComputeShader的计算结果了。

PS：

? ? ? ? 通过ComputeBuffer读取其实有一定的性能消耗，如果数据太大则需要考虑一下是否合算。

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