视锥体剔除不可见的物体

视锥体剔除（Frustum Culling）是一种常用的优化技术，可以在渲染前将不可见的物体从渲染队列中剔除，从而提高渲染性能。

视锥体是一个六面体，用于表示相机的可视范围。通过将场景中的所有物体与视锥体进行相交测试，可以确定哪些物体在相机视野内，哪些物体在视野外。在渲染前，将不在视野内的物体从渲染队列中移除，可以减少不必要的渲染开销。

视锥体剔除的实现可以采用以下步骤：

1. 计算相机的视锥体。

2. 遍历场景中的所有物体，将物体的包围盒与视锥体进行相交测试，确定物体是否在视野内。

3. 将在视野内的物体加入渲染队列中。

4. 渲染队列中的物体按照一定的规则排序，例如根据距离进行排序，以提高渲染效率。

通过视锥体剔除可以减少不必要的渲染开销，提高渲染性能。但需要注意，视锥体剔除也会增加一定的计算开销，如果场景中物体数量较少，或者物体大小相对于视锥体较小，视锥体剔除可能会降低渲染性能。因此，在实际使用中，需要根据场景的具体情况来决定是否使用视锥体剔除技术。

相关问题

cesium视锥体剔除

### Cesium 中视锥体剔除的实现原理

#### 视锥体剔除的重要性
在三维图形渲染中，视锥体剔除是一种用于提高渲染效率的技术。通过这种方法可以排除那些不在相机视野范围内的物体，从而减少不必要的计算和绘制操作。对于像 Cesium 这样的地理信息系统平台来说尤为重要，因为其处理的数据量巨大且复杂。

#### 剔除过程概述
Cesium 使用 `Frustum` 类来定义当前摄像机视角所形成的几何形状——通常是一个截头金字塔形区域[^2]。当遍历场景树结构时，会检查每一个节点（例如地形瓦片、模型实例等）是否位于该区域内；如果完全处于外部，则认为此部分不可见并予以忽略不画出。

#### 具体算法描述
- **构建视椎**：基于摄像机的位置姿态参数创建对应的 frustum 对象。

- **边界盒测试**：大多数情况下并不是直接拿单个顶点去做判断而是采用包围盒(Bounding Box) 或者更高效的包围球 (Bounding Sphere)，它们能更好地近似表示一组点集合的空间分布特征，并简化碰撞检测逻辑。

- **层次空间细分**：为了进一步加速查询速度，在大规模数据集上还会引入八叉树(Octree)/四叉树(Quadtree)之类的索引机制，使得每次只需要考察少数几个候选子集即可完成全部工作。

// 创建一个透视投影矩阵
var projectionMatrix = new Cesium.Matrix4();
Cesium.Matrix4.perspectiveOffCenterRH(
    projectionMatrix,
    left, right, bottom, top, near, far);

// 构造视椎对象
var frustum = new Cesium.PerspectiveFrustum({
    aspectRatio : canvas.clientWidth / canvas.clientHeight,
    fov : Math.PI / 4.0,
    near : 1.0,
    far : 10000000.0
});

// 获取视椎平面方程组
var planes = frustum.getPlanes();

function isBoxVisible(box){
    var corners = box.getCorners(); // 获得包围盒八个角点坐标数组
    
    for(let i=0; i<corners.length; ++i){
        let pointInEyeSpace = Cesium.Matrix4.multiplyByPoint(projectionViewMatrix, corners[i], new Cesium.Cartesian3());
        
        if(Cesium.Plane.getDistance(plances[0],pointInEyeSpace)<0 &&
           Cesium.Plane.getDistance(plances[1],pointInEyeSpace)<0 &&
           ... /*省略其他五个面*/ ){
               return true;
           }
    }

    return false;
}

unity ECS视锥体剔除

### Unity ECS 中实现视锥体剔除的方法

在 Unity 的 ECS (Entity Component System) 架构下，为了高效处理大量对象并应用视锥体剔除技术，可以采用如下策略：

#### 使用 Job System 和 Burst 编译器优化性能
由于视锥体剔除涉及大量的计算操作，利用 Job System 可以将这些运算分配到多个 CPU 核心上执行。Burst 编译器则进一步提升了代码运行效率。

using Unity.Burst;
using Unity.Collections;
using Unity.Jobs;

[BurstCompile]
struct FrustumCullingJob : IJobParallelFor {
    public NativeArray<BoundingSphere> spheres; // 对象的边界球数据
    [ReadOnly] public FrustumPlanes frustumPlanes; // 相机视锥面
    
    public void Execute(int index) {
        bool isVisible = IsVisible(spheres[index], frustumPlanes);
        // 更新可见状态或其他逻辑...
    }

    private bool IsVisible(BoundingSphere sphere, FrustumPlanes planes){
        foreach(var plane in planes){
            float distance = Vector3.Dot(plane.normal, new Vector3(sphere.center.x,sphere.center.y,sphere.center.z)) + plane.distance;
            if(distance < -sphere.radius)
                return false;
        }
        return true;
    }
}

此段代码展示了如何定义一个用于检测模型是否位于摄像机视野内的作业 `FrustumCullingJob`[^2]。该作业接收一组边界球 (`BoundingSphere`) 数据以及当前摄像机对应的视锥面(`FrustumPlanes`)作为输入参数，在多线程环境中遍历每一个物体来判断它们是否处于可视范围内。

#### 结合 Cull Module 进行批量剔除
对于大批量的对象管理，推荐使用 Unity 提供的 Cull Modules 功能模块来进行高效的批量化剔除工作。这不仅简化了编程复杂度而且提高了整体程序的表现力。

// 创建自定义渲染循环中的 culling pass
public class CustomRenderLoop : MonoBehaviour{
    
    RenderPipelineManager.beginCameraRendering += OnBeginCameraRendering;

    void OnDestroy(){
        RenderPipelineManager.beginCameraRendering -= OnBeginCameraRendering;
    }

    void OnBeginCameraRendering(ScriptableRenderContext context, Camera camera){
        
        var visibleResults = new List<VisibleObjectResult>();
        var cullingParameters = new CullingParameters();
        cullingParameters.camera = camera;
        cullingParameters.cullingMode = CullingMode.FrustumHidden | CullingMode.OcclusionHidden;
        
        VisibilityQuery query = new VisibilityQuery(cullingParameters);

        // 执行查询并将结果存储于visibleResults列表中
        query.Execute(visibleResults);
        
        // 渲染所有被标记为“可见”的游戏对象
        DrawObjects(context, visibleResults);
    }
}

上述脚本说明了怎样创建一个自定义渲染管线，并在其内部集成视见性测试过程。通过设置合理的裁剪模式（如仅保留视锥体内且未被遮挡的目标），能够有效减少不必要的绘制调用次数，从而提高帧率表现[^3]。