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Antisserrilhamento 3D

Ver também

O Godot também suporta anti-aliasing na renderização 2D. Isso é abordado na página Antialiasing 2D.

Introdução

Devido à sua resolução limitada, cenas renderizadas em 3D podem exibir artefatos de serrilhado (aliasing). Esses artefatos comumente se manifestam como um efeito de "escada" nas bordas das superfícies (serrilhado de borda) e como piscadas (flickering) e/ou faíscas em superfícies reflexivas (serrilhado especular).

No exemplo abaixo, você pode notar como as bordas têm uma aparência pixelada. A vegetação também está piscando para dentro e para fora, e linhas finas no topo da caixa quase desapareceram:

A imagem é dimensionada em 2× com filtragem de vizinho mais próximo (nearest-neighbor) para tornar o aliasing mais perceptível.

Para combater isso, várias técnicas de anti-aliasing podem ser usadas no Godot. Elas estão detalhadas abaixo.

Ver também

Você pode comparar algoritmos de antisserrilhamento em funcionamento utilizando o projeto de demonstração 3D Antialiasing demo project.

Antisserrilhamento de várias amostras (MSAA)

Isso está disponível em todos os renderizadores.

Esta técnica é a forma "histórica" de lidar com o serrilhado. O MSAA é muito eficaz em bordas de geometria (especialmente em níveis mais altos). O MSAA não introduz nenhum tipo de desfoque.

O MSAA está disponível em 3 níveis: 2×, 4×, 8×. Níveis mais altos são mais eficazes no anti-aliasing de bordas, mas são significativamente mais exigentes. Em jogos com visuais modernos, manter o MSAA em 2× ou 4× é altamente recomendado, pois o MSAA de 8× geralmente é exigente demais.

A desvantagem do MSAA é que ele opera apenas nas bordas. Isso ocorre porque o MSAA aumenta o número de amostras de cobertura, mas não o número de amostras de cor. No entanto, como o número de amostras de cor não aumentou, os fragment shaders ainda são executados para cada pixel apenas uma vez. Portanto, o MSAA não reduz o serrilhado de transparência para materiais que usam o modo de transparência Alpha Scissor (transparência de 1 bit). O MSAA também é ineficaz contra o serrilhado especular.

Para mitigar o serrilhado em materiais com alpha scissor, o anti-aliasing alfa (também chamado de alpha to coverage) pode ser ativado em materiais específicos nas propriedades do StandardMaterial3D ou ORMMaterial3D. O alpha to coverage tem um custo de desempenho moderado, mas é eficaz na redução do serrilhado em materiais transparentes sem introduzir qualquer desfoque.

Para tornar o serrilhado especular menos perceptível, use o Limitador de rugosidade em espaço de tela (Screen-space roughness limiter), que vem ativado por padrão.

O MSAA pode ser ativado nas Configurações do Projeto alterando o valor da configuração Rendering > Anti Aliasing > Quality > MSAA 3D. É importante alterar o valor da configuração MSAA 3D e não do MSAA 2D, pois essas são configurações totalmente separadas.

Comparação entre nenhum anti-aliasing (esquerda) e vários níveis de MSAA (direita). Note que o anti-aliasing alfa não está sendo usado aqui:

Antialiasing temporal (TAA)

Isso está disponível apenas no renderizador Forward+, não nos renderizadores Mobile ou Compatibility.

O antialiasing temporal funciona convergindo o resultado de quadros renderizados anteriormente em um único quadro de alta qualidade. Este é um processo contínuo que funciona tremendo (jittering) a posição de todos os vértices na cena a cada quadro. Essa trepidação é feita para capturar detalhes de sub-pixel e deve ser imperceptível, exceto em situações extremas.

Esta técnica é comumente usada em jogos modernos, pois fornece a forma mais eficaz de anti-aliasing contra serrilhado especular e outros artefatos induzidos por shaders. O TAA também oferece suporte completo para anti-aliasing de transparência.

O TAA introduz uma pequena quantidade de desfoque quando ativado em cenas estáticas, mas esse efeito de desfoque torna-se mais pronunciado quando a câmera está se movendo. Outra desvantagem do TAA é que ele pode exibir artefatos de ghosting atrás de objetos em movimento. Renderizar em uma taxa de quadros mais alta permitirá que o TAA converta mais rapidamente, tornando esses artefatos de ghosting menos visíveis.

O anti-aliasing temporal pode ser ativado nas Configurações do Projeto alterando o valor da configuração Rendering > Anti Aliasing > Quality > TAA.

Comparação entre nenhum anti-aliasing (esquerda) e TAA (direita):

AMD FidelityFX Super Resolution 2.2 (FSR2)

Isso está disponível apenas no renderizador Forward+, não nos renderizadores Mobile ou Compatibility.

Desde o Godot 4.2, há suporte integrado para o AMD FidelityFX Super Resolution 2.2. Este é um método de redimensionamento de resolução compatível com todas as GPUs recentes de qualquer fabricante. O FSR2 normalmente é projetado para melhorar o desempenho reduzindo a resolução interna de renderização 3D e, em seguida, fazendo o redimensionamento para a resolução de saída.

No entanto, ao contrário do FSR1, o FSR2 também fornece anti-aliasing temporal. Isso significa que o FSR2 pode ser usado na resolução nativa para um anti-aliasing de alta qualidade, com a resolução de entrada sendo igual à resolução de saída. Nesta situação, ativar o FSR2 na verdade diminuirá o desempenho, mas melhorará significativamente a qualidade da renderização.

Usar o FSR2 na resolução nativa é mais exigente do que usar o TAA na resolução nativa, portanto, seu uso só é recomendado se você tiver uma folga significativa de GPU. Pelo lado positivo, o FSR2 oferece uma melhor cobertura de anti-aliasing com menos desfoque em comparação ao TAA, especialmente em movimento.

Comparação entre nenhum anti-aliasing (esquerda) e FSR2 na resolução nativa (direita):

Nota

Por padrão, a configuração de projeto FSR Sharpness é definida como 0.2 (valores mais altos resultam em menos nitidez). Para fins de comparação, a nitidez do FSR foi desativada definindo-a como 2.0 na captura de tela acima.

Antialiasing aproximado rápido (FXAA)

Isso está disponível apenas nos renderizadores Forward+ e Mobile, não no renderizador Compatibility.

O antialiasing aproximado rápido é uma solução de antialiasing de pós-processamento. Ele é mais rápido de executar do que qualquer outra técnica de antialiasing e também suporta antialiasing em transparências. No entanto, como carece de informações temporais, não fará muito contra o serrilhado especular (specular aliasing).

Esta técnica ainda é usada às vezes em jogos para celular. No entanto, em plataformas desktop, o FXAA geralmente caiu em desuso em favor do anti-aliasing temporal, que é muito mais eficaz contra o serrilhado especular. Apesar disso, disponibilizar o FXAA como uma opção no jogo ainda pode valer a pena para jogadores com GPUs de baixo custo.

O FXAA introduz uma quantidade moderada de desfoque quando ativado (mais do que o TAA quando estático, mas menos do que o TAA quando a câmera está se movendo).

O FXAA pode ser ativado nas Configurações do Projeto alterando o valor da configuração Rendering > Anti Aliasing > Quality > Screen Space AA para FXAA.

Comparação entre nenhum anti-aliasing (esquerda) e FXAA (direita):

Antialiasing morfológico de sub-pixel (SMAA 1x)

Isso está disponível apenas nos renderizadores Forward+ e Mobile, não no renderizador Compatibility.

O anti-aliasing morfológico de sub-pixel (SMAA) é uma solução de anti-aliasing pós-processamento. Ele roda um pouco mais lento que o FXAA, mas produz menos desfoque. Isso é muito útil quando a resolução da tela é 1080p ou inferior. Assim como o FXAA, o SMAA 1x carece de informações temporais e, portanto, não fará muito contra o serrilhado especular.

Use o SMAA 1x se você não puder arcar com o custo do MSAA, mas achar o FXAA muito borrado.

Combine-o com o TAA, ou até mesmo com o FSR2, para maximizar o anti-aliasing a um custo de GPU mais alto e com um pouco mais de desfoque. Isso é mais benéfico em cenas de movimento rápido ou logo após um corte de câmera, especialmente em taxas de FPS mais baixas.

O SMAA 1x pode ser habilitado nas Configurações do Projeto alterando o valor da configuração Rendering > Anti Aliasing > Quality > Screen Space AA para SMAA.

Comparação entre sem antisserrilhamento (esquerda) e SMAA 1x (direita):

Antialiasing por superamostragem (SSAA)

Isso está disponível em todos os renderizadores.

A superamostragem (SSAA) fornece a maior qualidade de anti-aliasing possível, mas também é a mais cara. Funciona sombreando cada pixel da cena várias vezes. Isso permite que o SSAA faça o anti-aliasing de bordas, transparências e do serrilhado especular ao mesmo tempo, sem introduzir possíveis artefatos de fantasma.

A desvantagem do SSAA é o seu custo extremamente alto. Esse custo geralmente torna o SSAA difícil de usar para fins de jogo, mas você ainda pode achar a superamostragem útil para renderização offline.

O anti-aliasing por superamostragem é realizado aumentando a configuração avançada de projeto Rendering > Scaling 3D > Scale acima de 1.0, enquanto garante que Rendering > Scaling 3D > Mode esteja definido como Bilinear (o padrão). Como o fator de escala é definido por eixo, um fator de escala de 1.5 resultará em SSAO de 2.25×, enquanto um fator de escala de 2.0 resultará em SSAA de 4×. Como o Godot usa a filtragem bilinear do próprio hardware para realizar a subamostragem (downsampling), o resultado parecerá mais nítido em fatores de escala inteiros (ou seja, 2.0).

Comparação entre nenhum anti-aliasing (esquerda) e vários níveis de SSAA (direita):

Aviso

A superamostragem também possui requisitos altos de memória de vídeo (VRAM), pois precisa renderizar na resolução alvo e depois reduzir a escala para o tamanho da janela. Por exemplo, exibir um projeto em 3840×2160 (resolução 4K) com SSAA de 4× exigirá a renderização da cena em 7680×4320 (resolução 8K), o que representa 4 vezes mais pixels.

Se você estiver usando um tamanho de janela alto, como 4K, poderá descobrir que aumentar a escala de resolução além de um certo valor causará uma forte lentidão (ou até mesmo um travamento) devido à falta de VRAM.

Limitador de rugosidade em espaço de tela

Isso está disponível apenas nos renderizadores Forward+ e Mobile, não no renderizador Compatibility.

Este não é um método de anti-aliasing de borda, mas é uma maneira de reduzir o serrilhado especular em 3D.

O limitador de rugosidade em espaço de tela funciona melhor em geometrias detalhadas. Embora ele tenha um efeito na própria renderização do mapa de rugosidade, seu impacto ali é limitado.

O limitador de rugosidade em espaço de tela vem ativado por padrão; ele não requer nenhuma configuração manual. Ele possui um pequeno impacto no desempenho, então considere desativá-lo se o seu projeto não for muito afetado pelo serrilhado especular. Você pode desativá-lo com a configuração de projeto Rendering > Quality > Screen Space Filters > Screen Space Roughness Limiter.

Limitador de rugosidade da textura na importação

Assim como o limitador de rugosidade em espaço de tela, este não é um método de anti-aliasing de borda, mas é uma maneira de reduzir o serrilhado especular em 3D.

A limitação de rugosidade na importação funciona especificando um mapa de normais (normal map) para usar como guia para limitar a rugosidade. Isso é feito selecionando o mapa de rugosidade na aba FileSystem, indo até a aba Import e definindo Roughness > Mode para o canal de cor no qual o mapa de rugosidade está armazenado (tipicamente Green), e depois definindo o caminho para o mapa de normais do material. Lembre-se de clicar em Reimport na parte inferior da aba Import após definir o caminho para o mapa de normais.

Como esse processamento ocorre puramente na importação, ele não tem custo de desempenho algum. No entanto, seu impacto visual é limitado. Limitar a rugosidade na importação apenas ajuda a reduzir o serrilhado especular dentro das texturas, não o serrilhado que ocorre nas bordas da geometria em malhas detalhadas.

Qual técnica de antisserrilhamento devo utilizar?

Não existe uma técnica de anti-aliasing "tamanho único" (one size fits all). Como o anti-aliasing costuma ser exigente na GPU ou pode introduzir desfoques indesejados, você vai querer adicionar uma configuração para permitir que os jogadores desativem o anti-aliasing.

Para projetos com uma direção de arte fotorrealista, o TAA geralmente é a opção mais adequada. Embora o TAA possa introduzir artefatos de fantasma, não há outra técnica que combata o serrilhado especular tão bem quanto o TAA. O limitador de rugosidade em espaço de tela ajuda um pouco, mas é muito menos eficaz contra o serrilhado especular no geral. Se você tiver poder de GPU de sobra, poderá usar o FSR2 na resolução nativa para uma forma de anti-aliasing temporal com melhor visual em comparação ao TAA padrão.

Para projetos com uma quantidade baixa de superfícies reflexivas (como um estilo de arte em desenho animado/cartoon), o MSAA pode funcionar bem. O MSAA também é uma boa opção se evitar desfoques e artefatos temporais for importante, como em jogos competitivos.

Ao visar plataformas de baixo custo, como dispositivos móveis ou gráficos integrados, o FXAA costuma ser a única opção viável. O MSAA de 2× pode ser utilizável em algumas circunstâncias, mas níveis mais altos de MSAA dificilmente rodarão de forma suave em GPUs móveis.

O Godot permite o uso de múltiplas técnicas de anti-aliasing ao mesmo tempo. Isso geralmente é desnecessário, mas pode fornecer melhores visuais em GPUs de ponta ou para renderização em tempo não real. Por exemplo, para fazer com que as bordas em movimento pareçam melhores quando o TAA está ativado, você também pode ativar o MSAA ao mesmo tempo.

Comparação de antisserrilhamento

Recurso	MSAA	TAA	FSR2	FXAA	SMAA 1x	SSAA	SSRL
Antisserrilhamento de bordas	🟢 Sim	🟢 Sim	🟢 Sim	🟢 Sim	🟢 Sim	🟢 Sim	🔴 Não
Antisserrilhamento especular	🟡 Algum	🟢 Sim	🟢 Sim	🟡 Algum	🟡 Algum	🟢 Sim	🟢 Sim
Antisserrilhamento de transparência	🟡 Algum [1]	🟢 Sim [2]	🟢 Sim [2]	🟢 Sim	🟢 Sim	🟢 Sim	🔴 Não
Desfoque adicionado	🟢 Nenhum	🟡 Algum	🟡 Algum	🟡 Algum	🟢 Baixo	🟡 Algum [3]	🟢 Nenhum
Artefatos de ghosting	🟢 Nenhum	🔴 Sim	🔴 Sim	🟢 Nenhum	🟢 Nenhum	🟢 Nenhum	🟢 Nenhum
Custo de desempenho	🟡 Médio	🟡 Médio	🔴 Alto	🟢 Muito Baixo	🟢 Baixo	🔴 Muito Alto	🟢 Baixo
Forward+	✔️ Sim	✔️ Sim	✔️ Sim	✔️ Sim	✔️ Sim	✔️ Sim	✔️ Sim
Mobile	✔️ Sim	❌ Não	❌ Não	✔️ Sim	✔️ Sim	✔️ Sim	✔️ Sim
Compatibilidade	✔️ Sim	❌ Não	❌ Não	❌ Não	❌ Não	✔️ Sim	❌ Não

[1]

O MSAA não funciona bem com materiais que possuem Alpha Scissor (transparência de 1 bit). Isso pode ser mitigado ativando o alpha antialiasing no material.

[2] (1,2)

O anti-aliasing de transparência do TAA/FSR2 é mais eficaz ao usar Alpha Scissor.

[3]

O SSAA possui um pouco de desfoque devido ao redimensionamento bilinear para baixo (bilinear downscaling). Isso pode ser mitigado usando um fator de escala inteiro de 2.0.