体验HDRP和URP的新Unity Terrain Demo场景

为游戏制作高度逼真的环境是一项巨大的工程。 为了帮助用户应对挑战，我们在2021.2 Tech Stream版中推出了许多新功能，包括新的地形图章笔刷、精细的材质绘制控制、地形细节的GPU实例化功能和SpeedTree集成，外加其他地形创作的体验改进。我们还更新了免费的Terrain Sample Asset Pack，让你的开发先人一步。 在这一切的背后，是我们的技术美术团队在用高清渲染管线（HDRP，用于PC及高端主机）和通用渲染管线（URP，用于各类平台）制作和优化这个高度逼真的环境。敬请享用我们总结的提示、技巧和最佳实践，以及新的Unity Terrain URP Demo场景和HDRP Demo场景。

大家好。我叫Xiaoxi Liu，于2018年加入Unity，是一名技术美术。我专注于改进UnityTerrain系统到Shader Graph的功能和美术工作流程。在业余时间，我喜欢和四岁的儿子一起户外运动。

大家好，我的名字是Barrington Campbell。我在2019年作为实习生加入Unity，然后在2020年转为全职的技术美术。在Unity时，我的工作是改进Terrain系统，从事工具开发和改进用户工作流程。工作之余，我喜欢改装自己的赛车，在周末开车竞速。

Terrain Tools包起初于2021.2 Tech Stream版内中验证完成，目前可在Package Manager和Worldbuilding功能集中安装。该包配备了额外的地形画笔和实用的工具，可加快你的世界建设流程。

内容在引擎与外部DCC间的往返

在Terrain Demo项目的制作前期，我们的技术美术团队挑出了几个关键要素予以着重关注，并最终决定优先制作详细的高度图和密集的植被。

我们使用了程序化地形生成工具Gaea来生成高清heightmap（高度图）和splatmap（泼溅图，应用在上层的alpha贴图），再使用Toolbox将这些贴图导入编辑器。在处理高度图时，我们使用了Import Heightmap工具将其应用于一张4x4的平铺地形，比例为4000距离单位。然后又使用Import Splatmap工具将splatmap应用到地形上。这个流程是我们在制作过程中确立的，它可以支持内容在Gaea和Unity Terrain间的往返编辑。 

在初次导入Unity后，我们便取得了一张非常不错的地形作为基础，其中有部分区域仍需手动调整。

用高度图图章绘制

Stamp Terrain（地形图章）笔刷是一种可以快速修改地形高度、让地形更加逼真的工具。Terrain Sample Asset Pack自己包括几张现成的高度图，当然你也可以用DCC制作自己的高度图。

用Terrain Layer（地形层级）材质绘画

你可能已经知道，Unity的Terrain材质是应用在一个个的Terrain Layer上的。Paint Texture笔刷支持在场景视图中选取和改变地形材质，而Brush Mask Filters和改进后的Terrain Tools能以更少的步骤生成同样美观的成果。 

比如Slope过滤器可将斜坡设为不可绘制的区域。首先在地形的侧表面应用一层草地材质，然后使用Concavity过滤器设定特定弯曲度的土层不受影响。你可以禁用其他过滤器、单独应用某个过滤条件，或者在需要时合并多个过滤器。

软件包中还有额外的雕刻画笔，比如Erosion和Noise效果，在制作中善用这些工具可让地形呈现最佳的效果。

自2021.2以来，Unity Terrain可利用GPU的力量来渲染枝叶、实例化细节。这对草地、灌木等地形上密集的植被来说很实用。

在该功能的帮助下，游戏将能在大部分PC上以远高于60帧的速度实例化上百万个细节。比如Demo场景就有超过5000万个三角形在几个不同角度的视图中被渲染。要想启用GPU实例化，请选择Edit Details Mesh > Use GPU Instancing。

带有细节实例的高级着色

实例化细节所支持的自定义材质是HDRP和URP的一大优势。为了最大化材质效果，我们推荐使用Shader Graph来编写草地材质。接下来，我们来仔细了解下TerrainGrass.shadergraph。 

在Shader Graph更新了Custom Interpolators（自定义插值）之后，我们现在能在更早的Vertex阶段控制顶点，并提高顶点的整体性能。在项目中，风的动画是在Vertex阶段完成的，而草的淡出则借助了颜色与环境遮蔽、摄像机距离来实现。由于场景中有大量随机化实例，且支持放置单独的草丛对象，你完全可以用着色器制作随位置改变的超酷效果，如风吹过草丛、混合底部地形颜色。

然而值得注意的是，LOD Group不兼容地形细节，你可以试着用Prefabs来保存细节，在Shader Graph着色器里或地形上的Detail Distance（细节距离）设置来调整淡出的距离。

善用SpeedTree技术

众所周知，树木对环境的逼真度至关重要。Demo场景包含了多种源自SpeedTree的自定义树木。SpeedTree是一款程序化植被生成器，可生成适用于所有项目、所有规模的高性能植被。 在整合至Shader Graph后，你现在开箱即能使用SpeedTree的所有功能，包括吹风动画、色调变化、展牌渲染等等。类似于材质实例，Shader Graph的着色器也是可以自定义的，你可以在项目中新建并自由地编辑着色器。打开Import Settings下的Extract Materials来开始定制流程。

树木和细节的绘制与原流程相同，仍旧使用Paint Trees和Paint Details笔刷来绘制。而Terrain Tools的新画笔API将允许你创建自定义画笔。Terrain Module将为你自己的项目制作提供参考。

在支持细节实例、整合了SpeedTree后，Shader Graph支持树木枝叶的高级定制。相关问题及其他更多细节请在我们去年的Siggraph演讲中了解。

Unity 2021.2的HDRP支持全新的Volumetric Clouds（体积云）系统，可形成高度还原的动态天空。比如，HDRP的Physical Sky（真实物理的天空）系统能以现实中的标准参数生成符合物理学的天空光照。 

在我们试着还原的白天环境里，太阳光的强度等同于现实中经大气层削弱后的阳光强度：130000勒克斯，而色温被设置为5800K，接近一个太阳黑子 。然后我们用Physical Camera的后处理效果模仿真正的摄像机来补偿光线的色温。

铺设开来的低矮草丛没必要投下阴影，不然它不仅会产生不小的渲染负担，而且还显得过于虚假、不吸引人。为此我们只采用了少数几种方法来为Terrain Detail对象加上合适的光照和阴影，如成本较低、效果较理想的Contact Shadows。

类似草丛及其他低矮的植被都共享一个环境光探针，以提高渲染性能。这些对象如若无遮挡地接收天空光照往往会导致亮度过高。为此，我们应用了一个单独的“baking sky”体积，降低天空光照的曝光率并生成一种环境光探针，在降低草从光照强度的同时保留天空的视觉表现。

我们的目标是在两条可编程渲染管线中展示新的Terrain，这对整个团队来说是一次很好的学习机会。 

先前提到，TerrainData资源可在HDRP和URP项目之间共享。我们先在HDRP项目中制作了整张Terrain，在铺设完材质和植被后将TerrainData资源导入了URP项目。还将Terrain地块保存为了Prefab，加快了向URP的移植过程。

两个项目的地形比例与分辨率设置完全相同，但HDRP采用了以高度为准的材质混合模式，而URP为了最大化图像保真度，默认采用阿尔法混合模式。况且，HDRP支持最多八个Terrain层级相互混合。 

我们精心设置了两个项目中的光照和后处理，尽可能地利用起最新的渲染功能。在HDRP项目中应用了前边的体积云和程序化天空。这片程序化天空随后被烘焙成纹理，用作URP项目的HDRI天空。

两者的雾气效果处理方式各有不同。我们在HDRP中使用了体积雾来制作湖周围贴地的雾气，在URP中则用Visual Effect Graph制作了一种自定义的粒子效果。

下方是两者所用功能的大概比较：

对实时3D互动体验来说，运行性能非常关键，为此我们采用了几种方法来改善性能。 HDRP和URP的Render Pipeline配置文件支持为每一个运行平台创建各自的自定义设置。以URP项目为例，我们分别创建了高质量和低质量两种配置文件，仅在高质量配置下启用高清阴影贴图和HDR功能。如此一来，你就能在Project Settings > Quality设置下轻松修改配置。事实上，你可以直接到Graphics设置中切换Render Pipeline配置文件，在编辑器中直接切换和预览场景的各种设置。

除了性能相关的Project Level设置外，我们还优化了部分地形内容。例如在HDRP场景中，我们降低了远处地形块的分辨率，但此类优化只应在地形绘制完成后进行。否则，不同的分辨率会导致相邻地块的绘制结果出现不同。

当运行于低端平台时，密集的细节是最常见的性能杀手。这时，地形必须有更少的顶点数。在HDRP场景中，我们将细节密度设置为0.75，在摄像机所在的中心地块上将近处剔除距离设为了145米。你可以自行实验各种细节密度与剔除距离的参数组合，找出最适合的配置。此外，你可以调整树木的LOD距离，更早地应用LOD和Billboard展牌，取得一定的性能收益。

如果是URP项目想运行在不支持GPU实例化、或硬件配置非常有限的平台上，你可以选择用Vertex Lit模式来渲染地形细节。不同于实例化细节，该模式不支持阴影、双面渲染或alpha通道裁剪。

想要了解更多？那就在这篇博文和这段Unite Now视频中了解其他性能优化的技巧和窍门吧。

要下载新的HDRP和URP Unity Terrain Demo场景，请访问资源商店将其直接导入你的Unity 2021.2项目。在探索完新场景后，欢迎大家前往Worldbuilding论坛留下你们的想法。 

更多未来的开发规划请访问Unity Roadmap了解。

最后，Unity技术美术团队正在招贤纳士，欢迎大家在我们的招聘网站查看开放的职位。我们期待听到您的声音！