3D 渲染的局限性

前言

出于对性能的要求, 实时渲染引擎有很多局限性.Godot的渲染器也不例外. 为了更有效地工作, 你需要了解这些局限性.

纹理尺寸限制

在台式机和笔记本电脑上，旧设备可能不支持大于 8192×8192 的纹理。你可以在 GPUinfo.org <https://www.gpuinfo.org/&gt; 上检查你的目标 GPU 的限制。

移动端GPU通常仅支持小于4096×4096的纹理. 此外, 一些移动端GPU不支持对非二的幂次大小的纹理进行重复(repeat)操作. 因此, 如果你想让你的纹理在所有平台上正确显示, 你应该避免使用比4096×4096大的纹理, 如果纹理需要重复, 应该使用两倍的大小.

带状颜色

当使用GLES3或Vulkan渲染器时,Godot的3D引擎内部以高动态范围(HDR)进行渲染. 然而, 渲染输出将被色调映射(tonemmapped)到一个低动态范围, 以便它可以显示在屏幕上. 这可能导致可见的条带效应(banding), 特别是当使用未贴图的材质时. 在使用了具有平滑梯度的纹理的2D项目中也能看到这种效应.

有两个主要的方法来缓解条带:

  • 在项目设置中启用 Use Debanding。这将应用一个全屏 debanding 着色器作为后期处理效果，而且非常廉价。只有在使用 GLES3 或 Vulkan 渲染器时才支持全屏 debanding。它还需要在项目设置中启用 HDR（这是默认的）。

  • 或者，在你的纹理中烘焙一些噪声。这主要在2D中是有效的，例如用于虚化效果。在3D中，你也可以使用一个 自定义去噪着色器 来应用于你的 材质 。即使你的项目是用LDR渲染的，这种技术也是有效的，这意味着它在使用GLES2渲染器时也能发挥作用。

参见

参见 Banding in Games: A Noisy Rant 获取更多有关条带效应的细节和解决方案.

深度缓冲精度

为了在3D空间中排序对象, 渲染引擎使用了深度缓冲区(也称为Z-buffer). 这个缓冲区具有有限的精度: 在桌面平台上是24位, 在移动平台上有时是16位(出于性能原因). 如果两个不同的对象最终具有相同的z缓冲值, 那么z冲突(Z-fighting)就会发生, 此时移动或旋转相机, 将观察到纹理来回闪烁.

为了使深度缓冲在渲染区域上更精确, 你应该 增加 摄像机节点的 Near 属性, 但是要小心, 如果你设置得太高, 玩家就会看穿附近的几何体. 同时, 还应该 减少 摄像机节点的 Far 属性到你用例允许的最低值, 尽管它不会像 Near 属性那样影响精度.

如果你只需要当玩家能够看到很远的地方时才提供高精度, 你可以根据游戏条件动态改变它. 例如, 如果玩家进入飞机, Near 属性可以暂时增加, 以避免远处的z冲突现象(z-fighting). 当玩家离开飞机时, 它便会被减少.

根据场景和玩家视野条件, 你还可以在玩家不会看出差异的情况下将产生z冲突的对象移得更远.

透明度排序

在Godot中, 透明材质是在不透明材质之后绘制的. 透明对象在绘制之前会根据Node3D的位置而不是世界空间中的顶点位置来排序(从后向前). 因此, 互相有重叠的对象可能会出现排序错误的情况. 要修复排序不当的对象, 可以调整材质的 Render Priority 属性. 这将迫使特定的材质出现在其他透明材质的前面或后面. 即便如此, 这可能也并不总是能解决问题.

一些渲染引擎采用了顺序无关的透明技术(OIT)来缓解这个问题, 但这类技术对于GPU而言开销很大.Godot目前没有提供这个功能, 但仍然有几种方法可以避免这个问题:

  • 只有在你真正需要的时候才让材质透明. 如果一种材质只有一个很小的透明部分, 考虑将它分割成一个单独的材质. 这将允许不透明部分投射阴影, 也可能提高性能.

  • 如果你想让材质随着距离增加而褪色, 使用StandardMaterial3D距离褪色模式 Pixel Dither 或 Object Dither 来代替 PixelAlpha , 这将使材质不透明, 它也可以投射阴影.

多采样抗锯齿

多重样本抗锯齿(MSAA)指的是在渲染对象时在多边形的边上取多个覆盖样本(coverage samples), 但它不会增加用于渲染场景的颜色样本数量. 下面是它在实践中的作用和局限性:

  • 网格的边缘将被很好地平滑(就像超采样一样).

  • 使用alpha测试(1位透明度)的透明材质无法被平滑.

  • 高光锯齿问题(即出现在反射表面上的 “火花”(sparkle))无法解决.

有几种方法可以解决这一限制, 这取决于您的绩效预算:

  • 为了使高光锯齿不那么明显, 打开项目设置, 并启用 Rendering > Quality > Screen Space Filters > Screen Space Roughness Limiter . 这个滤波器对性能有一定影响, 只有当您确实需要它时, 才应该启用它.

  • 除了(或代替)MSAA之外, 启用FXAA.FXAA是一个屏幕空间的抗锯齿方法, 因此它将平滑一切事物. 缺点是它会使场景显得模糊, 特别是在分辨率低于1440p的时候.

  • 以更高的分辨率渲染场景, 然后在与窗口大小匹配的ViewportTexture中显示它. 确保在ViewportTexture的标记中启用 Filter . 这种技术叫做 supersampling超采样 , 非常慢. 通常只推荐在离线渲染时使用它.