【unity】性能优化之——视锥体剔除(Frustum Culling)（一）[通俗易懂]

一.应用背景

在现代游戏中，游戏资源越来越多，游戏场景也越来越大越来越复杂，虽说硬件设备更新迭代很快，性能也日渐强大，但这还远不能缓解复杂繁多的资源带来的性能压力，因而性能优化仍然很有必要。场景资源的剔除是性能优化的一个重要方面，剔除方式也有很多，比如OcclusionCulling、Frustum Culling、layerCullingDistance等。由于项目的需要，这里重点关注Frustum Culling（视锥体剔除）。

视锥体剔除的基本思想：判断对象是否在相机视锥体内（相交也算），在则不剔除，不在则剔除。判断的方法也有很多，比较常见的方法是判断对象的BoundingBox与相机视锥体的六个剪裁平面的关系，来判断对象是否在视锥体中。为此Unity也提供了原生API以支持基于视锥体的剔除方案。

二.问题要点

这里基于Unity提供的原生API来探讨基于视锥体的剔除流程，需要使用到GeometryUtility中提供的API。

1.获取相机的剪裁平面：

有多个API可获得剪裁平面：

①public static Plane[] CalculateFrustumPlanes(Camera camera);

② public static Plane[] CalculateFrustumPlanes(Matrix4x4 worldToProjectionMatrix)；

③ public static void CalculateFrustumPlanes(Camera camera, Plane[] planes)；

④  public static void CalculateFrustumPlanes(Matrix4x4 worldToProjectionMatrix, Plane[] planes)；

前三个API最终都是调用了④来实现剪裁面获取功能的，其中①和②由于在内部创建了Plane数组，并返回，因此存在GC，而③和④需要预先定义一个长度为6的Plane数组，并传入方法，方法内部会修改这些对象的值，因而不存在GC。所以建议使用③或者④。

通过上述API获取的剪裁平面的顺序依次是：左、右、下、上、近、远。

2.传入需要检测对象的BondingBox：

public static bool TestPlanesAABB(Plane[] planes, Bounds bounds)；

调用上述API，传入通过①获取的剪裁平面及对象的BoundingBox即可检测出该对象是否在视锥体内。

三.Demo源码

using System.Collections.Generic;
using UnityEditor;
using UnityEngine;
using System.Linq;

public class FrustumTest : MonoBehaviour
{
    public Camera CulingCamera;
    public Renderer[] CullingTestObjects;
    private Plane[] planes;
    void OnEnable()
    {
        planes = new Plane[6];
    }
    void Update()
    {
        GeometryUtility.CalculateFrustumPlanes(CulingCamera, planes);
        for (var index = 0; index < CullingTestObjects.Length; index++)
        {
            var bounds = CullingTestObjects[index].bounds;
            var result = GeometryUtility.TestPlanesAABB(planes, bounds);
            CullingTestObjects[index].enabled = result;
        }
    }
    [MenuItem("Test/Create")]
    static void Create()
    {
        var gos = new List<GameObject>();
        var root = new GameObject("Root").transform;
        for (var i = 0; i < 10; i++)
        {
            for (var j = 0; j < 10; j++)
            {
                for (var k = 0; k < 10; k++)
                {
                    var go = GameObject.CreatePrimitive(PrimitiveType.Cube);
                    go.transform.position = new Vector3(i, j, k) * 2;
                    go.transform.parent = root;
                    gos.Add(go);
                }
            }
        }
        var test = new GameObject("FrustumTest").AddComponent<FrustumTest>();
        test.CulingCamera = Camera.main;
        test.CullingTestObjects = gos.Select(item => item.GetComponent<Renderer>()).ToArray();
    }
}

四.实验效果

五.存在的问题：

通过上述API获取剪裁面时，只能一次性获所有的剪裁面，而在一些特殊情况下我们往往只需要部分剪裁面即可。同时上述API底层采用了P/Invoke方式调用了非托管C++库来实现剪裁面的计算，频繁调用会有一定的性能损耗。为了实现更加个性化的基于视锥体的裁剪方案，我们往往需要自行计算剪裁面，并进行包含检测。下一篇博客将进行详细介绍。

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