Растительность

Растительность, которая движется и стоит дешевле. Модель, загруженная как foliage, берёт шейдер, чьи вершины гнутся на ветру, отклоняются от того, что сквозь них проходит, и редеют с расстоянием, а каждая копия получает чуть иной оттенок. Это уровень семейства материалов lightmap — на запечённом уровне растение берёт запечённый свет земли под собой — а копии одного ассета делят один экземпляр материала, так что уровень из тысяч карточек травы и листвы рендерится быстрее, чем на стандартном шейдере.

Всё здесь — состояние уровня, которое держит движок: ветер и опции вида применяются к каждой foliage-модели, нынешней и будущей; изгибатели читаются из их живых трансформов каждый кадр; растворение принадлежит ассету, так что каждая копия этой модели его разделяет.

Обзор

// level.scene.ts — трава загружается как foliage; env.foliage — ветер уровня
import { Hero } from './hero'

export default defineScene({
  env: {
    foliage: { wind: { direction: [1, 0.3], speed: 6, gust: 0.4 }, touch: 0.6, variation: 0.35 },
  },
  nodes: {
    grass: { model: asset('./assets/grass.glb'), foliage: { fade: [30, 40] } },
    player: { mesh: { kind: 'capsule' }, position: [0, 1, 0], aspects: [use(Hero)] },
  },
})

// hero.ts — капсула раздвигает траву
export class Hero extends Aspect<'hero', Node> {
  onAttach(): void {
    Foliage.bend(this.node, 0.6)
  }
}

Пометка модели как foliage

Model.load(src, { foliage: true }): Promise<Model>     // код
{ model: asset('./grass.glb'), foliage: true }          // узел файла сцены
{ model: asset('./grass.glb'), foliage: { fade: [30, 40] } }   // + растворение по расстоянию (ниже)

Foliage-модели не нужны ни lightmap: true, ни собственный прямоугольник атласа: её запечённый свет — свет земли под каждым пикселем (запечённый террейн), а без запекания её освещают небесный ambient сцены и солнце. Клоны наследуют уровень. lecodes assets scene сам помечает Unity-kind как foliage: true, когда один из его материалов лежит в папке растительности или так назван (Materials/Trees/…, M_Grass_01), никогда по режиму альфы; --foliage <re> называет kind-ы явно.

Уровень выбирается на ассет: каждый материал alpha-MASK (карточки) берёт маскированного близнеца, непрозрачные (стволы) — непрозрачного, и оба качаются.

Ветер и вид — Foliage.configure / Foliage.wind

Foliage.configure(options: {
  wind?: FoliageWind | false   // ниже; false = штиль
  touch?: number        // м, на которые верхушка небольшого растения отклоняется от изгибателя в его центре; по умолчанию 0.6, 0 = нет
  variation?: number    // 0..1 дрейф оттенка на копию; по умолчанию 0.35
  sunWrap?: number      // 0..1 обёрнутое солнечное освещение (тонкие листья пропускают свет); по умолчанию 0.5
  shiver?: number       // × shiver drag каждого материала (собственное движение листьев); по умолчанию 1, 0 = нет
  translucency?: number // 0..1 солнце сквозь тонкий лист, освещённый сзади (крона в контровом свете светится); по умолчанию 0.35
  leafShadow?: number   // 0..1 какую долю тени источника принимает карточка листа (кора принимает всю); по умолчанию 0.6
  skyAo?: number        // 0..1 насколько запечённая повершинная видимость неба затемняет ambient; по умолчанию 0.7
  canopy?: number       // 0..1 нормаль шейдинга карточки: её собственная плоскость (0) … оболочка кроны (1); по умолчанию 0.7
  normalMap?: number    // сила карты нормалей карточек; по умолчанию 0.5
  edgeFade?: number     // карточка, видимая с ребра, растворяется на такой доле |N·V|; по умолчанию 0.15, 0 = нет
  coverage?: number     // alpha × (1 + coverage × mip level): далёкая крона не редеет; по умолчанию 0.25
}): void
Foliage.wind(wind: FoliageWind | false): void   // только ветер, вживую

type FoliageWind = {
  direction?: [x, z]    // по земле, нормализуется движком; по умолчанию [1, 0.3]
  speed?: number        // м/с — постоянный наклон растений и как быстро дрейфует поле; по умолчанию 8.3, 0 = неподвижно
  turbulence?: number   // 0..2 случайная доля скорости; по умолчанию 0.4
  gust?: number         // 0..1 сила порывов; по умолчанию 0.35
  gustSpeed?: number    // м/с скорость, с которой движется узор порывов; по умолчанию 5.6
}

Ветер — это поле, а не синусоида: прокручивающееся шумовое поле, читаемое у корня каждого растения, наклоняет всё растение вокруг корня — угол растёт с расстоянием от корня, так что крона ели движется дальше, чем травинка — а более мелкое поле, читаемое в каждой вершине, двигает листья (дрожь). Фиксированного периода нет: turbulence уводит растение от среднего ветра, порывы едут на медленном третьем поле и проходят по уровню со скоростью gustSpeed. То, что отличается у каждого растения, идёт из модели: drag, жёсткость, постоянный наклон и shiver drag его материалов лежат в extras материалов GLB (lecodes.wind, записывается lecodes assets scene из Unity-материала), иначе — значение по умолчанию по размеру растения.

Каждое переданное поле заменяет текущее значение; остальные сохраняются. Блок env.foliage файла сцены проходит через configure до загрузки моделей. Всё это живое — Foliage.wind({ speed: 20 }) из консоли пробует бурю.

Касание — Foliage.bend

Foliage.bend(node: Node, radius = 0.7): () => void   // возвращает функцию снятия регистрации
Foliage.unbend(node: Node): void

Изгибатель — узел, чья живая мировая позиция раздвигает растительность: капсула героя, враг, катящийся валун. Растение отклоняется целиком — укоренённое в основании, полностью у верхушки — когда изгибатель оказывается в пределах radius от его отпечатка. Движок измеряет каждый ассет при загрузке: растения ниже ~2 м получают полный наклон, реакция затухает к ~5 м, так что трава и кусты расступаются вокруг тебя, а дерево не скручивается, когда ты задеваешь его ствол.

Движок также отслеживает скорость каждого изгибателя (сглаженную за ~0.2 с) и возле центра растения наклоняет его вдоль направления движения, а не прямо от изгибателя: куст, через который ты бежишь, пригибается вперёд и оседает позади тебя, а не переворачивается, когда ты пересекаешь его середину. Изгибатель, стоящий внутри растения неподвижно, оставляет его почти прямым.

Регистрировать можно любое число узлов; каждый кадр действуют 8 ближайших к камере. Уничтоженный узел выпадает сам.

Растворение по расстоянию — Foliage.fade

Foliage.fade(model: Model, start: number, end: number): void   // метры от камеры; end 0 = нет

Между start и end карточки редеют (альфа опускается ниже порога маски тексель за текселем), а за end копия целиком уходит из кадра — LOD-проход убирает её из сцены, так что она не стоит отрисовки. Задумано для наземного покрова при свободной камере: трава и клевер на [30, 40], ничего на деревьях. Диапазон принадлежит ассету: каждая копия этой модели, нынешняя и будущая, его разделяет; в файле сцены foliage: { fade: [start, end] } на одном узле задаёт его для всех. Камера, которая никогда не видит дальше диапазона (игра с видом сверху), ничего от него не выигрывает — копии вне экрана и так отсечены.

Вариация на копию

Дрейф оттенка (variation) берётся из хэша позиции каждой копии внутри шейдера, а не из параметра на копию: копии одного ассета продолжают делить один экземпляр материала, что и позволяет движку дёшево рисовать их тысячами. Убавь его у вида, где текстура уже несёт диапазон цвета.

Карточки дешевле — lecodes assets doctor --trim-cards

Карточка растительности — это в основном прозрачные тексели, которые маскированный шейдер отбрасывает после шейдинга, и на уровне из тысяч карточек этот отброшенный fill — весь кадр. --trim-cards [--trim-margin N] обрезает каждый alpha-MASK-квад до прямоугольника его непрозрачных текселей (+ N текселей, по умолчанию 2) и выбрасывает пустые квады — визуально ничего не меняется. Он читает базовый цвет PNG/JPEG, так что запускай его вместе с --ktx2, а не после него (lecodes assets scene так и делает, на каждом kind).

Подводные камни

• Модель с foliage: true, чьи материалы в логе хоста читаются как стандартно-шейдированные ([glb] material … -> ubershader), взяла стандартный шейдер: либо материал, который уровень отклоняет (правила lightmap.md «Какие материалы» — строка [lightmap] … называет, чего ему не хватает), либо хост без этого уровня. Это не ошибка файла сцены.
• Foliage.bend на модели героя, а не на капсуле его контроллера, следует за визуальным корнем, который может отставать от капсулы или опережать её; регистрируй узел, который двигает физика.

Смотрите также

• lightmap.md — семейство, к которому принадлежит этот уровень: запечённые тени, световой объём, уровни
• terrain.md — земля, чей запечённый свет берут растения
• model.md — опции Model.load, клоны, LOD
• scene-files.md — foliage на узле, env.foliage