3D渲染的局限性

简介

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/>`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.

There are two main ways to alleviate banding:

  • Enable Use Debanding in the Project Settings. This applies a fullscreen debanding shader as a post-processing effect and is very cheap. Fullscreen debanding is only supported when using the GLES3 or Vulkan renderers. It also requires HDR to be enabled in the Project Settings (which is the default).

  • Alternatively, bake some noise into your textures. This is mainly effective in 2D, e.g. for vignetting effects. In 3D, you can also use a custom debanding shader to be applied on your materials. This technique works even if your project is rendered in LDR, which means it will work when using the GLES2 renderer.

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 :ref:`Render Priority <class_Material_property_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.