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Away3D 3D 场景优化技巧与实践
1. 剔除和裁剪多边形与网格
在处理复杂的 3D 场景时，由于需要大量的投影计算和绘制操作，会对 Flash Player 的整体性能造成较大压力。为了优化性能，我们可以采用剔除（Culling）和裁剪（Clipping）这两种方法，它们通过优化发送到视图的多边形列表，去除不必要的多边形处理。
-
剔除
：移除整个多边形或多边形集合。
-
裁剪
：细分现有网格，以更精确地裁剪视口。
2. 背面剔除
背面剔除（Back-face culling）应用于 Away3D 中面（Face）对象的渲染，默认情况下会应用于所有面。该技术假设网格中的三角形只有一个可见面（正面），只有当正面朝向相机时，三角形才会在屏幕上绘制。
以下是控制背面剔除的代码示例：
// 开启背面剔除（默认）
mesh.bothsides = false;
// 关闭背面剔除
mesh.bothsides = true;
在以下几种情况下，应禁用背面剔除：
- 当网格的材质是半透明的，且背面可以透过正面看到时。
- 当相机可以位于网格内部和外部时。
- 当网格是具有不连续表面的对象（如平面）时。
3. 视口裁剪
在许多情况下，场景只有部分通过视口可见，这导致场景中的大量多边形在渲染视图时是不必要的。Away3D 提供了一些视口裁剪选项，这些选项由
away3d.core.clip
包中的裁剪类表示。
以下是设置视口裁剪边界的代码示例：
_view.clipping.minX = -400; // 如果 x < -400 则剔除或裁剪
_view.clipping.maxX = 400; // 如果 x > 400 则剔除或裁剪
_view.clipping.minY = -300; // 如果 y < -300 则剔除或裁剪
_view.clipping.maxY = 300; // 如果 y > 300 则剔除或裁剪
_view.clipping.minZ = 50; // 如果 z < 50 则剔除
_view.clipping.maxZ = 2000; // 如果 z > 2000 则剔除
常见的视口裁剪类型如下：
| 裁剪类型 | 描述 | 优点 | 缺点 |
| ---- | ---- | ---- | ---- |
| 矩形裁剪（Rectangle Clipping） | 最简单的视口裁剪类型，由
RectangleClipping
类表示，是
View3D
对象裁剪属性的默认类型。 | 占用额外处理资源最少。 | 可能会出现渲染伪影，如场景可见部分中出现缺失的多边形。 |
| 近场裁剪（Near-field Clipping） | 类似于矩形裁剪，但使用高级算法避免近场伪影，由
NearfieldClipping
类表示。 | 避免近场伪影。 | 算法相对复杂。 |
| 视锥体裁剪（Frustum Clipping） | 处理近场和远场平面的方式与近场裁剪类似，但在处理视口裁剪的 x 和 y 边界属性时有所不同。 | 可以提高处理速度，尤其是在渲染大场景的小部分时。 | 美学效果提升有限。 |
以下是一个对比矩形裁剪和近场裁剪优势的示例代码：
package flash3dbook.ch10
{
import away3d.containers.*;
import away3d.core.clip.*;
import away3d.primitives.*;
import flash.events.*;
[SWF(width="800", height="600")]
public class ClippingTest extends Chapter10SampleBase
{
public function ClippingTest()
{
super();
_camera.tiltAngle = 0;
_camera.zoom = 5;
}
protected override function _createScene() : void
{
var cube : Cube = new Cube();
cube.segmentsW = 4;
cube.segmentsH = 4;
cube.segmentsD = 4;
cube.width = 3000;
cube.height = 1000;
cube.depth = 3000;
cube.bothsides = true;
_view.scene.addChild(cube);
}
}
}
4. 对象剔除
前面讨论的剔除技术都是基于逐个多边形进行测试的。对于完全不在视野范围内的 3D 对象，如果能通过一次计算丢弃整个对象，会大大提高效率。这就是对象剔除（Object Culling），在 Away3D 中，所有裁剪类都有
objectCulling
属性来实现这一功能。
以下是启用对象剔除的代码示例：
_view.clipping.objectCulling = true;
对象剔除的工作流程如下：
graph TD;
A[开始] --> B[检查 3D 对象的边界半径与视锥体是否相交];
B --> C{对象位置};
C -->|在视锥体内| D[继续渲染];
C -->|在视锥体外| E[丢弃对象];
C -->|与视锥体平面相交| F{对象类型};
F -->|容器对象| G[标记进一步处理];
F -->|网格对象| H[标记进一步处理];
G --> I[完成分类并绘制场景];
H --> I;
D --> I;
E --> I;
I --> J[结束];
5. 手动剔除
在某些情况下，尽管 Away3D 提供了自动剔除选项，但手动剔除可能更合适。如果一个对象在场景图中，但不需要渲染，只需将其
visible
属性设置为
false
即可将其从渲染循环中移除。
以下是手动剔除的代码示例：
_myObject3D.visible = false;
综上所述，剔除和裁剪过程在 Away3D 视图中始终存在，默认设置适用于一般情况。使用各种扩展选项的潜在处理减少效果在很大程度上取决于场景的内容和相机的方向。通常，进行实验以找到最佳结果是个好主意。
接下来，我们将探讨如何有效地使用模型，包括多边形计数、相交多边形和双面几何等方面的优化技巧。
6. 有效使用模型
在设计 3D 项目时，通常会涉及复杂模型数据的获取和导入。无论模型是从头创建还是从付费资源下载，都需要注意 Flash Player 软件渲染器的限制，并在 3D 设计阶段充分利用这些限制。
7. 多边形计数
在设计场景时，合适的多边形计数目标约为 4000 个三角形。这是在 Flash 中实现合理流畅帧率的上限，因为每秒 30 帧的 Flash 电影，每秒需要进行 120000 次多边形重绘。虽然 Flash 10 Player 中的 3D 功能有助于提高上限，但为大多数项目考虑类似的数字仍然是明智的。
如果下载的模型多边形数量过多，如包含 180000 个多边形的龙模型，需要在 3D 建模软件中进行大量的简化工作。需要特别注意的区域包括渲染器永远看不到的多边形、高细节区域（如头像的手和脚）以及彼此非常接近重叠的表面。
8. 相交多边形
在 Away3D 中，视图中可见的每个多边形在绘制到屏幕之前都需要按 Z 深度排序，这一过程称为 Z 排序。默认的渲染选项使用简单算法对多边形的渲染顺序进行排序，根据多边形中所有投影顶点的平均 z 值计算多边形的 Z 深度值。这种方法在处理某些几何场景时容易出错，最常见的情况是两个多边形相交。
当出现相交多边形导致的 Z 冲突（Z fighting）时，通常表现为闪烁区域，解决方案是在建模阶段将一个或两个三角形细分为一系列不相交的小三角形，这样就可以使用基本排序选项解决正确的排序顺序。
9. 双面几何
在某些情况下，需要渲染几何形状两面都可见的网格。在 Away3D 中，将网格对象的
bothsides
属性设置为
true
可以禁用背面剔除算法，实现双面渲染。然而，这种解决方案并不总是能产生令人满意的结果，可能会出现排序或性能方面的渲染问题。
以下是双面几何可能出现的问题及解决方案：
| 问题类型 | 问题描述 | 解决方案 |
| ---- | ---- | ---- |
| 排序问题 | 当简单几何形状的
bothsides
属性设置为
true
时，可能会出现排序伪影。 | - 重新建模为封闭几何形状，为内外侧分别创建多边形。
- 使用更高级的排序选项，如
Renderer.CORRECT_Z_ORDER
。 |
| 性能问题 | 使用
bothsides
属性会增加渲染时的处理量，导致复杂模型性能显著下降。 | 在设计阶段创建重复面，反转面法线，选择性地渲染背面，同时保持
bothsides
属性为
false
。 |
以下是使用更高级排序选项的代码示例：
import away3d.core.render.Renderer;
// 设置渲染器的 Z 排序选项
_view.renderer = Renderer.CORRECT_Z_ORDER;
通过以上对模型使用的优化技巧，可以进一步提高 3D 场景的性能和渲染效果。在实际项目中，需要根据具体情况选择合适的优化方法，以达到最佳的性能和视觉效果平衡。
Away3D 3D 场景优化技巧与实践
10. 优化方法总结与对比
为了更清晰地了解各种优化方法的特点和适用场景，我们对前面介绍的优化技巧进行总结和对比，如下表所示：
| 优化方法 | 适用场景 | 优点 | 缺点 | 代码示例 |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 背面剔除 | 大多数封闭几何形状的 3D 对象 | 减少不必要的多边形渲染，提高性能 | 不适用于半透明材质、相机可进入内部的对象和不连续表面对象 |
mesh.bothsides = false;
|
| 视口裁剪（矩形裁剪） | 场景部分可见，对性能要求较高 | 简单，额外处理资源少 | 可能出现近场伪影 |
_view.clipping = new RectangleClipping();
|
| 视口裁剪（近场裁剪） | 场景部分可见，需要避免近场伪影 | 避免近场伪影 | 算法相对复杂 |
_view.clipping = new NearfieldClipping();
|
| 视口裁剪（视锥体裁剪） | 渲染大场景的小部分 | 提高处理速度 | 美学效果提升有限 |
_view.clipping = new FrustumClipping();
|
| 对象剔除 | 场景中有大量完全不在视野内的对象 | 快速丢弃不可见对象，减少渲染工作量 | 部分情况下增加额外计算 |
_view.clipping.objectCulling = true;
|
| 手动剔除 | 特定对象不需要渲染 | 灵活控制对象可见性 | 依赖手动判断 |
_myObject3D.visible = false;
|
| 控制多边形计数 | 所有 3D 场景 | 保证场景流畅度 | 需要在建模阶段进行复杂的简化工作 | 无（需在 3D 建模软件中操作） |
| 处理相交多边形 | 模型中存在多边形相交的情况 | 解决 Z 冲突问题 | 需要在建模阶段进行细分操作 | 无（需在 3D 建模软件中操作） |
| 优化双面几何 | 需要渲染双面的网格 | 解决排序和性能问题 | 建模复杂度增加 |
_view.renderer = Renderer.CORRECT_Z_ORDER;
|
11. 综合优化流程
在实际项目中，我们可以按照以下流程进行综合优化，以达到最佳的性能和视觉效果：
graph LR;
A[开始] --> B[设计场景并确定多边形计数目标];
B --> C[获取或创建模型];
C --> D{模型多边形数量是否超过目标};
D -->|是| E[在 3D 建模软件中简化模型];
D -->|否| F[导入模型到 Away3D 项目];
E --> F;
F --> G[设置相机和视口];
G --> H[应用剔除和裁剪技术];
H --> I{是否存在相交多边形或双面几何问题};
I -->|是| J[在建模阶段处理相交多边形或优化双面几何];
I -->|否| K[进行渲染测试];
J --> K;
K --> L{性能和视觉效果是否满足要求};
L -->|否| M[调整优化参数或方法];
M --> H;
L -->|是| N[完成优化];
N --> O[结束];
12. 注意事项和最佳实践
在使用上述优化技巧时，还需要注意以下几点最佳实践：
-
场景分析
：在开始优化之前，仔细分析场景的内容和相机的运动范围，确定哪些优化方法最适合当前场景。
-
实验和调整
：不同的场景和模型可能对不同的优化方法有不同的响应，因此需要进行实验和调整，以找到最佳的组合。
-
性能监测
：使用性能监测工具，如 Flash 开发者工具或第三方性能分析软件，实时监测场景的帧率和资源使用情况，以便及时发现和解决性能问题。
-
建模质量
：在建模阶段，尽量创建高质量的模型，避免不必要的多边形和复杂的几何形状，这将大大减少后续优化的工作量。
13. 总结
通过对 Away3D 中各种优化技巧的介绍，我们了解了如何通过剔除、裁剪、控制多边形计数、处理相交多边形和优化双面几何等方法来提高 3D 场景的性能和渲染效果。这些优化方法各有优缺点，适用于不同的场景和需求。在实际项目中，我们需要根据具体情况选择合适的优化方法，并进行综合应用和调整，以达到最佳的性能和视觉效果平衡。
希望这些优化技巧能帮助你在 Away3D 项目中创建出更加流畅、美观的 3D 场景，让你的作品在性能和视觉上都能脱颖而出。
总之，优化是一个持续的过程，需要不断地学习和实践，才能在 3D 开发领域取得更好的成果。祝你在 3D 开发的道路上一帆风顺！
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