彻底搞懂Unity相机裁剪：CullingMask与可见性判断终极指南

彻底搞懂Unity相机裁剪：CullingMask与可见性判断终极指南

【免费下载链接】UnityCsReference Unity C# reference source code. 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/un/UnityCsReference

在Unity开发中，你是否曾遇到过物体在场景中明明存在却无法显示的情况？或者想优化渲染性能却不知从何下手？本文将深入解析Unity相机裁剪机制，通过CullingMask（裁剪遮罩）与可见性判断的原理与实践，帮助你彻底解决这些问题。读完本文后，你将能够精准控制相机渲染的物体层级，优化游戏性能，并理解Unity渲染管线中的核心裁剪逻辑。

CullingMask基础：控制相机渲染层级

CullingMask的定义与作用

CullingMask是Unity相机用来过滤渲染对象的核心属性，它通过位运算控制哪些层级（Layer）的物体能够被相机渲染。每个相机都有一个CullingMask属性，默认值为所有层级都被勾选，即渲染场景中的所有物体。

在Unity的C#源码中，CullingMask被定义为uint类型，这意味着它可以表示32个不同的层级（因为uint是32位无符号整数）。相关代码可以在Runtime/Export/RenderPipeline/CullingParameters.cs中找到：

public uint cullingMask
{
    get { return m_CullingMask; }
    set { m_CullingMask = value; }
}

层级过滤原理

每个层级在Unity中对应一个唯一的索引（0-31），CullingMask通过位掩码的方式来表示哪些层级被启用。例如，如果我们想让相机只渲染层级0（Default层）和层级1（TransparentFX层），那么CullingMask的值应该是0b11（二进制）或3（十进制）。

以下是一个简单的代码示例，展示如何在运行时设置相机的CullingMask：

// 只渲染Default层和UI层
camera.cullingMask = (1 << LayerMask.NameToLayer("Default")) | (1 << LayerMask.NameToLayer("UI"));

常用层级组合方案

在实际开发中，我们通常会根据场景需求设置不同的CullingMask组合：

1. 主相机：渲染所有游戏相关层级，如角色、场景、UI等。
2. 小地图相机：只渲染角色和地形，忽略UI和特效。
3. 特效相机：只渲染特效层级，用于后期处理。

可见性判断：从Culling到渲染的全过程

相机裁剪流程

Unity的相机裁剪流程主要包括以下几个步骤：

1. 视锥体裁剪：相机的视锥体（Frustum）会将视域外的物体裁剪掉。
2. 层级过滤：通过CullingMask过滤掉不需要渲染的层级。
3. 遮挡剔除：使用遮挡剔除（Occlusion Culling）技术进一步优化，只渲染可见的物体。

相关的裁剪参数定义在Runtime/Export/RenderPipeline/CullingParameters.cs中，其中包含了视锥体参数、层级掩码、遮挡剔除选项等：

public struct ScriptableCullingParameters : IEquatable<ScriptableCullingParameters>
{
    uint m_CullingMask;
    // 其他裁剪参数...
}

CullingResults与可见性信息

裁剪过程结束后，Unity会生成一个CullingResults结构体，包含了所有可见物体的信息。我们可以通过ScriptableRenderContext的Cull方法获取这个结构体：

ScriptableCullingParameters cullingParams;
camera.TryGetCullingParameters(out cullingParams);
CullingResults cullingResults = context.Cull(ref cullingParams);

CullingResults中包含了可见的渲染器、光源、反射探针等信息，这些信息会被用于后续的渲染过程。相关代码可以在Runtime/Export/RenderPipeline/CullingResults.cs中查看。

自定义可见性判断

在某些情况下，我们可能需要自定义物体的可见性判断逻辑。例如，实现基于距离的LOD（Level of Detail）系统，或者根据游戏逻辑动态控制物体是否可见。

以下是一个简单的示例，展示如何在脚本中判断物体是否在相机的视野范围内：

public bool IsVisible(Camera camera, Renderer renderer)
{
    Plane[] planes = GeometryUtility.CalculateFrustumPlanes(camera);
    return GeometryUtility.TestPlanesAABB(planes, renderer.bounds);
}

高级应用：SceneCullingMask与多场景管理

SceneCullingMask的作用

在Unity的多场景编辑中，SceneCullingMask用于控制哪些场景的物体可以被相机渲染。与CullingMask不同，SceneCullingMask是基于场景的过滤，而不是基于层级。

相关代码可以在Editor/Mono/SceneManagement/StageManager/Stage.cs中找到：

internal virtual ulong GetSceneCullingMask() { return EditorSceneManager.DefaultSceneCullingMask; }

多场景渲染控制

在编辑模式下，我们可以通过SceneCullingMask来控制不同场景的可见性。例如，在 Prefab 编辑模式下，我们可能只希望渲染当前编辑的 Prefab 场景，而隐藏其他场景的物体：

// 在PrefabStage中获取组合的场景裁剪掩码
public override ulong GetCombinedSceneCullingMaskForCamera()
{
    ulong mask = GetSceneCullingMask();
    // 组合其他场景的掩码...
    return mask;
}

这段代码来自Editor/Mono/SceneManagement/StageManager/PrefabStage/PrefabStage.cs，展示了Unity如何在Prefab编辑模式下计算场景裁剪掩码。

性能优化：合理设置裁剪参数

裁剪参数优化

合理设置裁剪参数可以显著提升游戏性能。以下是一些常用的优化技巧：

1. 减少可见物体数量：通过CullingMask和SceneCullingMask过滤掉不需要渲染的物体。
2. 调整视锥体范围：合理设置相机的近裁面和远裁面，避免渲染过近或过远的物体。
3. 启用遮挡剔除：在Runtime/Export/RenderPipeline/CullingParameters.cs中设置CullingOptions.OcclusionCull选项：

cullingParams.cullingOptions |= CullingOptions.OcclusionCull;

性能分析工具

Unity提供了多种性能分析工具，可以帮助我们识别和解决裁剪相关的性能问题：

1. Profiler：查看渲染相关的性能指标，如渲染批次、三角形数量等。
2. Frame Debugger：逐帧分析渲染过程，查看每个物体的渲染状态。
3. ** occlusion Culling Window**：可视化遮挡剔除效果，优化遮挡体设置。

相关的编辑工具代码可以在Editor/Mono/SceneModeWindows/OcclusionCullingWindow.cs中找到。

实战案例：动态切换CullingMask实现日夜系统

需求分析

假设我们需要实现一个日夜系统，白天渲染所有物体，夜晚只渲染带有"Night"层级的物体和光源。

实现步骤

1. 创建层级：在Unity编辑器中创建"Night"层级，并将夜晚相关的物体和光源分配到该层级。
2. 编写脚本：通过代码动态切换相机的CullingMask：

public class DayNightSystem : MonoBehaviour
{
    public Camera mainCamera;
    private int nightLayer;

    void Awake()
    {
        nightLayer = LayerMask.NameToLayer("Night");
    }

    public void SetNightMode(bool isNight)
    {
        if (isNight)
        {
            // 夜晚模式：只渲染Night层和Default层
            mainCamera.cullingMask = (1 << LayerMask.NameToLayer("Default")) | (1 << nightLayer);
        }
        else
        {
            // 白天模式：渲染所有层
            mainCamera.cullingMask = ~0;
        }
    }
}

3. 优化性能：在切换CullingMask的同时，可以结合遮挡剔除和LOD系统进一步优化夜晚场景的性能。

总结与最佳实践

核心知识点回顾

1. CullingMask：控制哪些层级的物体被渲染，基于位运算。
2. 可见性判断：Unity通过视锥体裁剪、层级过滤和遮挡剔除实现物体可见性判断。
3. SceneCullingMask：在多场景管理中控制哪些场景的物体被渲染。
4. 性能优化：合理设置裁剪参数，结合遮挡剔除和LOD系统提升性能。

最佳实践建议

1. 层级规划：在项目初期就规划好合理的层级结构，便于后期的CullingMask设置。
2. 避免过度渲染：只渲染当前需要显示的物体和层级，减少不必要的渲染开销。
3. 动态调整：根据游戏状态动态调整CullingMask和裁剪参数，如在UI界面显示时隐藏3D场景。
4. 测试优化：使用Unity的性能分析工具定期测试和优化裁剪设置，确保游戏在各种设备上的流畅运行。

通过本文的介绍，相信你已经对Unity相机裁剪机制有了深入的理解。合理运用CullingMask和可见性判断技术，可以显著提升游戏的性能和视觉效果。如果你想了解更多细节，可以查阅Unity的官方文档或直接研究相关的源码实现，如Runtime/Export/Camera/Camera.bindings.cs和Runtime/Export/RenderPipeline/CullingParameters.cs等文件。

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