可变速率着色

什么是可变速率着色？

在现代 3D 渲染引擎中，着色器比以前复杂得多。基于物理的渲染、实时全局照明和屏幕空间效果的出现，增加了渲染每帧时必须执行的 每像素 着色的数量。此外，屏幕分辨率也大幅提升，1440p 和 4K 已成为常见的目标分辨率。因此，场景渲染中的总着色成本通常代表着渲染每帧所花费的大量时间。

可变速率着色 (VRS，variable rate shading) 是一种通过降低 每像素 着色（也称为 片段 着色）的分辨率来降低着色成本的方法，同时保持渲染几何体的原始分辨率。这意味着几何边缘仍然像没有 VRS 时一样锋利。 VRS 可以与任何 3D 抗锯齿 技术（MSAA、FXAA、TAA、SSAA）结合使用。

VRS 允许以本地方式指定着色质量，这使得视口的某些部分可以比其他部分接收更详细的着色。这在虚拟现实 (VR) 中特别有用，可实现 注视点渲染 （foveated rendering），其中视口的中心比其边缘更详细。

这是使用本页底部链接的密度图，先禁用，然后启用速率着色渲染的场景：

在纹理场景中禁用可变速率着色

在纹理场景中启用可变速率着色（质量较低但性能较高）

当在具有低频细节的场景（例如具有风格化/低多边形艺术风格的场景）中使用时，可以实现类似的性能增益，但视觉质量的降低较小：

在无纹理场景中禁用可变速率着色

在无纹理场景中启用可变速率着色（质量较低但性能较高）

硬件支持

可变速率着色仅在特定 GPU 上受支持：

桌面端：

• NVIDIA Turing 及更新版本（包括 GTX 1600 系列）

• AMD RDNA2 及更新版本（集成和专用 GPU – 包括 Steam Deck）

• Intel Arc Alchemist 及更新版本 （仅限专用 GPU）

  • 英特尔集成显卡不支持可变速率着色。

移动端 SoC：

• 骁龙（Snapdragon） 888 及更新版本

• MediaTek 天玑 9000 及更新版本

• ARM Mali-G615 及更新版本

截至 2023 年 1 月，Apple 和 Raspberry Pi GPU 仍不支持可变速率着色。

在 Godot 中使用可变速率着色

备注

Forward+ 和 Forward 移动渲染方法都支持可变速率着色。 VRS 可用于 pancake（非 XR）和 XR 显示模式。

兼容渲染方法 不 支持可变速率着色。

在高级项目设置中， 渲染 > VRS 部分提供了控制根视口上可变速率着色的设置：

• 模式： 控制可变速率着色模式。 Disabled 禁用可变速率着色。 Texture 使用手动创作的纹理来设置着色密度（请参阅下面的属性）。 XR 自动生成适合虚拟/增强现实中的注视点渲染的纹理。

• 纹理： 用于控制根视口上的着色密度的纹理。仅当 Mode 为 Texture 时使用。

对于自定义视口，必须手动将 VRS 模式和纹理设置到 Viewport 节点。

备注

在不受支持的硬件上，启用可变速率着色时不会出现视觉差异。你可以通过使用 --verbose 命令行参数 运行编辑器或项目来检查硬件是否支持可变速率着色。

创建 VRS 密度图

如果使用 Texture VRS 模式， 必须 设置要用作密度贴图的纹理。否则，将看不到任何效果。

你可以使用图像编辑器手动创建自己的 VRS 密度图，或使用其他方法生成它（例如，在 CPU 上使用 Image 类，或在 GPU 上使用着色器）。但是，动态生成 VRS 图像时请注意其性能影响。如果选择动态生成，请确保 VRS 图像生成过程足够快，以避免超出 VRS 的性能增益。

纹理必须遵循以下规则：

• 纹理 必须 使用无损压缩格式，以便颜色可以精确匹配。

• 以下 VRS 密度映射到各种颜色，较亮的颜色表示较低级别的着色精度：

例如，此 VRS 密度纹理在视口中心提供最高的着色密度，在角落提供最低的着色密度：

VRS 密度贴图纹理示例，模拟注视点渲染

VRS 密度纹理没有尺寸或纵横比要求。但是，使用大于视口分辨率除以 GPU 的 图块大小 的 VRS 密度图并没有任何好处。切片大小决定了可以与其他切片分开更改着色密度的最小像素区域。在大多数 GPU 上，此图块大小为 8×8 像素。你可以通过使用 --verbose 命令行参数运行 Godot 来查看图块大小，正如 VRS 调试信息中打印的那样。

因此，建议保持使用相对较低的分辨率，例如 256×256（方形）或 480×270（16:9）。根据你的使用案例，与项目中最常见的视口纵横比（例如 16:9）相匹配的纹理相比，方形纹理可能更合适。

小技巧

使用可变速率着色时，你可以使用负 纹理 mipmap LOD 偏置 来减少着色率降低的区域的模糊度。

请注意，纹理 LOD 偏置是全局设置的，因此这也会影响具有完整着色率的视口区域。不要使用太低的值，否则纹理将会显得有颗粒感。

性能比较

为了了解 VRS 在理论上可以提高多少性能，以下是与本页顶部显示的纹理示例场景的性能比较。使用本页上提供的 VRS 密度图示例。

结果是在配备 NVIDIA 525.60.11 驱动程序的 GeForce RTX 4090 上收集的。

在性能改进方面，可变速率着色在更高的目标分辨率下更有利。在高分辨率下，视觉质量的下降也不太明显。

备注

For non-VR games, you will probably have to use a less aggressive VRS texture than what was used in this example. As a result, the effective performance gains will be lower.

Previous Next

© 版权所有 2014-present Juan Linietsky, Ariel Manzur and the Godot community (CC BY 3.0). Revision b1c660f7.

Built with Sphinx using a theme provided by Read the Docs.