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后期处理材质

Teaser3.png Teaser0.png Teaser1.png Teaser2.png

后期处理图表

引擎已经拥有基于后期处理节点图表的复杂后期处理功能。后期处理材质 可 被额外插入部分特定位置。查看 FAQ r.CompositionGraphDebug 部分获得全图表的 dump 文件。 实际上,图表不仅执行后期处理,还执行部分灯光操作。我们计划利用材质编辑器 将更多部分变为自定义化。

在多数情况下,图表自动创建中间的渲染目标。意味着如要与之前的色彩混合, 需要在选色器中执行混合(使用来自 PostProcessInput0 的输入)。

后期处理材质应尽少使用,在极其需要时使用方位上策。在处理颜色校正或调整、光晕、景深和多种其他效果时,应尽可能使用后期处理体积域的固有设置(因为它们已经过优化,效率较高)。

使用后期处理材质

通过后期处理设置(通常以后期处理体积域或摄像机设置定义)可对所谓的可混合资源进行混合。 当前只有 材质材质实例 为可混合资源。引擎提供了一些后期处理材质,但也可利用 此功能创建 自定义后期处理,无需程序员的协助。

只需在 Blendables 部分将一个或多个后期处理材质指定到后期处理体积域上。首先按下 + 添加新的槽, 在 Content Browser 中选择一个材质,然后按下左箭头进行指定。顺序无关紧要,可无视未使用的槽。

PostProcessSettings.png

制作简单的后期处理材质

可在 后期处理材质范例 中了解从零创建简单后期处理材质效果的综述。

FinalPostEffect.png

后期处理材质的关键设置

后期处理材质需要指定材质域 后期处理

DomainPostProcess.png

材质只应使用 EmissiveColor 输出新色彩。此外,可定义在后期处理中何处应用此通路; 如有多个存在,定义其处理顺序(优先级):

PostProcessMaterialProps.png

混合位置

描述

Before Tonemapping

PostProcessInput0 提供带 HDR 中所有灯光的场景颜色。使用它修复临时抗锯齿和 GBuffer 查找(如深度、法线)的问题。

After Tonemapping

性能优选位置,颜色为 LDR,因此需要的精确度和带宽较小。这发生在色调映射和颜色分级后。

Before Translucency

在流程中比“Before Tonemapping”更早,在半透明度和场景颜色组合之前。注意:SeparateTranslucency 晚于正常半透明度合成。

Replacing the Tonemapper

PostProcessInput0 提供 HDR 场景颜色,PostProcessInput1 拥有 SeparateTranslucency(透明度为遮罩),PostprocessInput2 拥有低分辨率光晕输入。

典型的 postprocess 输入来自之前的通路。使用 PostProcessInput0 时,可通过 SceneTexture 材质表现获取颜色。使用 SceneColor 可能无法获得正确结果。

在不同材质实例之间进行混合

使用后期处理材质

利用后期处理体积域可轻松在多个后期处理材质之间设置柔和过渡。在此例中我们使用一个标记为 unbound 的体积域和一个拥有较大混合半径的体积域(如 1000):

BlendingAVolume.png

BlendingAVolume1.png

后期处理设为 Unbound

后期处理束缚体积域

每个体积域我们都将指定相同材质的一个不同材质实例。颜色作为一个材质参数进行指定,可在两个材质实例上进行不同设置。

BlendMatInst1.png

BlendMatInst2.png

材质实例红

材质实例绿

处于混合半径中时,一个体积域设置将被使用和混合(基于摄像机位置):

Blend1.png

Blend2.png

Blend3.png

未束缚后期处理体积域材质实例(红色)设为 0.75

混合半径 1000

后期处理体积域材质实例(绿色)设为 0.75

伴随着摄像机运动可感受到两个效果设置之间柔和的线性过渡。

以下展示了一个拥有两个体积域的关卡顶视图。较大的未束缚体积域拥有一个红色材质实例,较小的体积域拥有一个指定为可混合的绿色材质实例。 较小的体积域拥有更高的优先级。材质参数基于摄像机位置进行混合。 模糊边界由体积域中指定的 BlendRadius 属性定义,可延伸体积域外形。

设置正确后,全部混合将按预期进行。

Bad Setup

Good Setup

两个设置之间的差别是材质参数(标量或矢量)上指定的默认值。 良好设置的数值可使通路不存在任何效果(如乘以白色或以 0 插值)

在两个设置中我们将看到:摄像机处于任意体积域的影响之外时,将不会对 postprocess 通路执行渲染(以灰色网格显示)。 如完全处于任意一个体积域内,我们也将看到正确的混合。

较差设置:摄像机进入影响半径后,将出现一个硬性过渡,因其使用的是错误指定的默认参数。

较好设置:进入摄像机影响半径的过渡被良好地隐藏起来,到体积域颜色的过渡流畅。

无论属性复选框是否勾选,所有材质实例属性皆被混合 (如未勾选,其将对父项的属性进行混合)。这与后期处理设置(未勾选的属性没有效果)不同。 这意味着如果混合一个材质实例,所有属性均将被混合。

材质表现“SceneTexture”

可在材质中添加 SceneTexture 材质表现,并在表现属性中选择需要引用的纹理:

SceneTextureProps.png

节点拥有一个可选输入和多个输出:

SceneTextureExpression.png

利用 UV 输入可指定进行纹理查找的位置(只用于颜色输出)。 颜色输出为 4 通道输出(实际的通道分配取决于场景纹理 id)。Size 是带纹理宽度和高度的 2 组件 矢量。其倒转 (1/width, 1/height) 在 InvSize 输出中可用。以下例中的方式引用 临近样本非常便利:

DepthNextTo.png

材质表现计算当前像素到临近像素的深度差(如:In = 0,1 将透明度返回)

使用 GBuffer 属性

GBuffer 由存储材质(如表面下/镜面颜色、平整度...)和物体属性(如法线、深度)的多个纹理构成, 不存在进行着色计算的灯光(灯光如何与材质交互)。在延迟渲染器中,首先渲染 GBuffer,然后使用 GBuffer 属性 计算所有灯光(延迟)。如 UE4 使用延迟着色路径(如 DirectX 11 或高端 OpenGL),则可在后期处理中使用这些缓冲。

抗锯齿将使其变得更加困难一些,因为 GBuffer 像素/纹素与输出像素不再是 1:1 相关(查看以下部分)。

自定义深度

这个单独功能可将特定物体渲染成另一个深度缓冲,从而形成遮罩(称作自定义深度缓冲)。 这会添加额外的绘制调用,但不会添加更多材质。因为只输出深度,渲染的消耗相当低。此功能可在网格体上启用 (如静态网格体属性 / 渲染自定义深度):

CustomDepth.png

在此场景中,我们在两个物体上启用此功能;但没有显示内容的后期处理通路,该功能仍为不可见:

scene.png

下图为自定义深度的展示:

sceneCustomDepth.png

下图是用于展示的材质:

CustomDepthMat.png

临时抗锯齿 / GBuffer 为何抖动

临时抗锯齿是 UE4 的独特功能,可在中等性能消耗的基础上极大地提高图像质量。

后期处理材质被默认插入后期处理图表的末尾(在色调映射器之后)。这意味着应用色调映射、颜色分级和临时抗锯齿后可获得最终 的 LDR 颜色。这是许多简单后期处理效果的最佳点 - 性能与易用。

在此可了解如何使用自定义深度输入在特定物体周围显示轮廓:

sceneAfterTonemapper.png

注意前一张图轮廓上并不存在抗锯齿,但在动态下将看到轮廓出现一个像素左右的抖动。 这是因为临时抗锯齿按每帧一亚像素的频率移动整个场景的渲染。多张序列帧将合并在一起,形成最终的抗锯齿图像。 然而,我们可将材质移动到后期处理图表中更早的位置,以便修复此问题。

下图为最终结果:

sceneBeforeTonemapper.png

我们获得了一个稳定的抗锯齿图像。在动态中临时抗锯齿可能出现一些穿帮。此功能使用深度缓冲替代旧图像。在物体内渲染边界时此功能正常, 但在物体外时我们需要调整深度缓冲(功能未完善,性能消耗较高), 功能完善后无需进行调整。

UV 和屏幕位置

可在屏幕中看到的后期处理材质为缓冲对齐,但需要知晓正确的 UV。 ScreenPosition 材质表现输出所需的 UV(0,0 位于视口左上方,1,1 位于右下方)。 使用 texture coordinate 材质表现可能获得不同的结果。这是因为实际纹理(正确而言其应为一个渲染目标)可能比视口更大。 它在编辑器中可能更大,因为我们在多个视口上共享这个纹理,最大的延展用于所有视口。 即时在游戏中,它有时也可能更大(如 SceneCaptureActors 可能拥有一个更小的视口、Matinee 黑边、分屏、VR...)。 纹理坐标材质表现为这个较大的纹理提供 UV。如只需要一个相对偏移(如像素尺寸边沿检测),需要缩放至正确的尺寸。 SceneTexture 材质表现拥有对尺寸的输出和尺寸的倒转(对像素偏移有效有用)。 如希望获得视口 UV(如向视口映射纹理),可使用 ScreenPosition 材质表现或手动进行所需的计算(更多操控将使运行减慢)。 因此需要 ViewSize 材质表现。可使用控制台变量 r.ViewPortTest(可用于测试各种视口配置)进行全面测试。

过滤纹理查找

SceneTexture 材质表现拥有一个复选框,可获得 [双线性] 过滤查找。使用此选项将使渲染变慢,建议只在必要时使用。 许多屏幕空间纹理不支持过滤(如 GBuffer)。不公开此属性可使引擎根据需求压缩数据(打包将防止过滤)。

替代色调映射器

使用“Replacing the Tonemapper”可混合位置即可使用自定义色调映射器覆盖引擎色调映射器。此功能尚在开发中,功能仍不齐全,并可能进行修改。

ReplacingTheTonemapper.png

我们已开始将部分后期处理设置参数对色调映射器公开,但这部分仍可能进行较大幅度的修改。 这些数值作为材质参数公开,须设置准确的命名。

矢量参数:

Engine.FilmWhitePoint

标量参数:

Engine.FilmSaturation
Engine.FilmContrast

如要获得参数,须从后期处理材质创建材质实例!

仍可使用自身的参数并以其他后期处理材质设定的方式进行混合。

已知问题

以下问题仍需修复:

  • 材质表现 SceneTexture

    • SeparateTranslucency 无法使用。

    • 部分查找无法在一些通路中使用(我们不会对一部分进行修复,因为它们对性能的消耗过大)。

    • MaterialFunction 可能报错,但仍能在有后期处理域的材质中使用。

  • 材质

    • PostProcessMaterial 中的 UV 可能不在 0-1 范围内(如在编辑器中减小视口尺寸时),它与查找对齐,但难以应用晕映之类的效果。

    • 后期处理材质的资源缩略图显示不正确。

    • 不支持透明度输出(须通过不透明度)。

    • 材质编辑器中的预览材质显示不正确。

    • 存在这样的情况 - 材质变更未反映到后期处理的变更中。应对方法:重启编辑器。

    • 利用 Content Browser 可对后期处理材质进行简单过滤。

  • 混合

    • 将两个后期处理体积域和一个混合半径混合时,可能出现非柔和过渡。结合默认材质实例设置使用未束缚的体积域可防止这种情况的发生。

常见问题

  • 能将“Lighting only mode”纹理作为输入吗?

    不行,没有作为中间步骤的可用数据。对此查看模式,我们无视材质颜色将其 生成。如需将此作为快速选项,需要重建较大部分的渲染代码。

  • 为什么 SceneColor 查找显示有条带,但使用 PostProcessInput0 时却未显示?

    使用 SceneColor 时,我们创建了一个场景的低精度副本,使查找进入当前写入的纹理中 (通常情况是在不可能的位置进行网格体渲染)。 在后期处理中应该使用 PostProcessInput0。

  • 一次后期处理的内存消耗是多少?

    内存消耗取决于屏幕分辨率。色调映射前使用 HDR(每像素 8 字节),之后使用 LDR(每像素 4 字节)。

  • 如何降低后期处理的渲染消耗?

    测量目标平台、保持较低的纹理查找数、执行较少的数学运算、减少相关纹理查找、 避免随机纹理查找(可能因为纹理缓存缺失而变慢)。

  • 能使用多少次通路?

    每次通路均会增加性能消耗。建议只在必要时组合通路和启动通路。总体游戏功能 (为获得更佳的性能,可将 noise 添加到引擎通路)。

  • 后期处理和混合的 CPU 性能消耗如何?

    混合材质的性能消耗极低。所有材质实例属性都将被混合,只有一个包含这些设置的后期处理材质通路被渲染。

  • 我需要使用“Before Tonemapper”获得有效的临时抗锯齿。使用一种颜色时,它已经被色调映射,因此看起来存在色差。如何避免这些情况的出现?

    没有简单的解决方案。需要执行倒转色调映射操作(高消耗)。由于人眼存在适应性, 颜色可能仍然存在色差。可将 EyeAdaptation 层级对 SceneTextures 公开,以便对其进行补偿。

  • 如何获得后期处理图表的完整 dump 文件?

    r.CompositionGraphDebug 可将图表日志存入控制台。范例:

    FRenderingCompositePassContext:Debug 'PostProcessing' ---------
    Node#1 'SceneColor'
        ePId_Output0 (2D 1136x768 PF_FloatRGBA RT) SceneColor Dep:2
    Node#4 'Velocity'
        ePId_Output0 (2D 1136x768 PF_G16R16 RT) Velocity Dep:1
    Node#2 'SceneDepthZ'
        ePId_Output0 (2D 1136x768 PF_DepthStencil) SceneDepthZ Dep:1
    Node#5 'MotionBlurSetup0MotionBlurSetup1'
        ePId_Input0:Node#4 @ ePId_Output0 'Velocity'
        ePId_Input1:Node#1 @ ePId_Output0 'SceneColor'
        ePId_Input2:Node#2 @ ePId_Output0 'SceneDepthZ'
        ePId_Output0 (2D 568x384 PF_FloatRGBA RT) MotionBlurSetup0 Dep:2
        ePId_Output1 (2D 568x384 PF_FloatRGBA RT) MotionBlurSetup1 Dep:1
    Node#6 'QuarterResVelocity'
        ePId_Input0:Node#5 @ ePId_Output0 'MotionBlurSetup0MotionBlurSetup1'
        ePId_Input1:
        ePId_Output0 (2D 284x192 PF_FloatRGBA RT) QuarterResVelocity Dep:1
    Node#7 'VelocityBlurX'
        ePId_Input0:Node#6 @ ePId_Output0 'QuarterResVelocity'
        ePId_Input1:
        ePId_Output0 (2D 284x192 PF_FloatRGBA RT) VelocityBlurX Dep:1
    ...