Mức độ chi tiết (LOD)

Mức độ chi tiết (LOD) là gì?

Mức độ chi tiết (LOD) là một kỹ thuật kết xuất 3D thay thế các phiên bản đơn giản hơn của mô hình khi nó chiếm ít không gian trên màn hình hơn, giảm độ phức tạp hình học và, tùy thuộc vào cách các tài sản được tạo, các vật liệu hoặc lệnh vẽ trong khi vẫn giữ sự khác biệt về mặt hình ảnh khó nhận thấy.

Các trò chơi, trải nghiệm VR, và các ứng dụng 3D thời gian thực khác sử dụng LOD để duy trì tốc độ khung hình ổn định trong các cảnh có hàng nghìn đối tượng.

Mức độ chi tiết hoạt động như thế nào?

Mức độ chi tiết hoạt động bằng cách chuẩn bị nhiều phiên bản của cùng một đối tượng, mỗi phiên bản có ít chi tiết hơn phiên bản trước, và chọn phiên bản phù hợp dựa trên kích thước của đối tượng trên màn hình. Unity và hầu hết các engine khác đánh số các phiên bản này là LOD0, LOD1, LOD2, v.v., với LOD0 là chi tiết nhất.

Số lượng tam giác thường giảm theo từng cấp độ LOD.

Chuyển đổi giữa các cấp độ có thể gây ra một tiếng "pop" có thể nhìn thấy. Chuyển mờ (cross-fading) hòa trộn các mức âm thanh đi và đến trong một thời gian ngắn để sự thay đổi khó nhận thấy hơn.

Các loại mức độ chi tiết là gì?

Mức độ chi tiết xuất hiện dưới nhiều hình thức, và nhiều dự án kết hợp các kỹ thuật này:

• LOD Rời rạc: Động cơ chuyển đổi giữa một tập hợp cố định các lưới được dựng sẵn với các mức độ chi tiết khác nhau. Đây là một cách tiếp cận phổ biến trong trò chơi.
• LOD Liên tục: Lưới được đơn giản hóa hoặc tinh chỉnh dần khi kích thước không gian màn hình của nó thay đổi, thay vì chuyển đổi ở các mức LOD cố định.
• LOD Phân cấp (HLOD): Các nhóm đối tượng ở xa được kết hợp thành một biểu diễn đơn giản hóa, giảm số lần gọi vẽ và độ phức tạp hình học.
• Texture LOD (mipmapping): GPU lấy mẫu các phiên bản nhỏ hơn, được lọc trước của một kết cấu khi các bề mặt xuất hiện xa hơn hoặc chiếm ít không gian màn hình hơn.
• Bảng quảng cáo và kẻ giả mạo: Một mô hình 3D ở xa được thay thế bằng một biểu diễn đơn giản hóa, thường là một hình ảnh phẳng hướng về phía máy ảnh.

Mức độ chi tiết và Unity

Unity cung cấp nhiều cách để triển khai mức chi tiết, bao gồm Mesh LOD và thành phần LOD Group. Mesh LOD có thể tạo ra các LOD trong quá trình nhập tài nguyên và được thiết kế để giảm hình học và xử lý đỉnh GPU với lượng bộ nhớ bổ sung tối thiểu. Nhóm LOD cho phép bạn cấu hình các cấp độ LOD riêng biệt và chuyển đổi giữa chúng dựa trên kích thước màn hình.

Sự khác biệt giữa LOD và culling là gì?

Mức độ chi tiết và loại bỏ cả hai đều giảm công việc kết xuất, nhưng chúng tác động lên các đối tượng theo những cách khác nhau:

Hầu hết các dự án thời gian thực đều có thể sử dụng cả ba cùng nhau. Culling loại bỏ các đối tượng không cần hiển thị, trong khi LOD đơn giản hóa các đối tượng vẫn hiển thị.

Lợi ích của việc sử dụng mức độ chi tiết là gì?

• Tốc độ khung hình cao hơn: Việc kết xuất ít tam giác hơn cho các vật thể ở xa sẽ giảm tải cho GPU, điều này có thể giúp dự án duy trì tốc độ khung hình mục tiêu.
• Các cảnh lớn hơn, dày đặc hơn: Các thế giới mở, rừng và cảnh thành phố có thể hiển thị nhiều đối tượng cùng một lúc hơn.
• Hiệu suất có thể mở rộng: LOD có thể giúp cùng một nội dung mở rộng trên các nền tảng có khả năng hiệu suất khác nhau, bao gồm các thiết bị di động và tai nghe VR độc lập.

Những thách thức của việc sử dụng mức độ chi tiết là gì?

• Bật nổ nhìn thấy: Sự chuyển đổi đột ngột giữa các mức có thể dễ nhận thấy trừ khi các chuyển tiếp được hòa âm chéo hoặc các ngưỡng được điều chỉnh.
• Bộ nhớ và dung lượng lưu trữ bổ sung: Mỗi lưới LOD bổ sung có thể thêm dữ liệu lưới, làm tăng mức sử dụng bộ nhớ và tiềm năng kích thước bản dựng.
• Thời gian tác giả: Các màn chơi làm thủ công tốn thời gian của nghệ sĩ, và các màn chơi được tạo tự động vẫn cần được kiểm tra các lỗi hình ảnh.

Các câu hỏi thường gặp (FAQ)

Một mô hình nên có bao nhiêu cấp độ LOD?

Không có số lượng cấp độ LOD cố định cho mọi mô hình. Số phù hợp phụ thuộc vào kích thước màn hình của đối tượng, khoảng cách xem, độ phức tạp thị giác, nền tảng và mục tiêu hiệu suất. Các cấp độ bổ sung có thể cung cấp những thay đổi chi tiết dần dần hơn, nhưng chúng cũng đòi hỏi thêm việc biên tập hoặc xử lý. Các mẹo tối ưu hóa nghệ thuật di động của Unity gợi ý giảm số lượng tam giác khoảng một nửa giữa các cấp độ LOD.

Mức độ chi tiết có áp dụng cho các texture cũng như các mesh không?

Có. Mipmapping là một kỹ thuật chi tiết theo cấp độ của kết cấu (texture level-of-detail) trong đó GPU lấy mẫu các bản sao nhỏ hơn, được lọc trước của một kết cấu khi các bề mặt xuất hiện xa hơn hoặc chiếm ít không gian màn hình hơn. Điều này có thể giảm băng thông bộ nhớ kết cấu và các hiện tượng nhiễu hình ảnh như nhấp nháy. Mesh LOD cũng có thể sử dụng các vật liệu hoặc shader khác nhau ở các cấp độ thấp hơn, tùy thuộc vào cách các LOD được biên soạn.