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Ray tracing e efeitos de pós-processamento para jogos de PC e console

Este é o quinto de uma série de artigos que explica como os desenvolvedores e artistas técnicos podem configurar e usar o Pipeline de Renderização de Alta Definição (HDRP) no Unity para obter realismo gráfico de alta qualidade. O HDRP representa um salto tecnológico na renderização em tempo real do Unity para que você possa trabalhar com a luz exatamente como ela se comporta no mundo real.

Não deixe de ler os outros artigos de nossa série de instruções sobre iluminação de alta qualidade:

Pós-processamento Substitui a interface
Pós-processamento

Os gráficos modernos de alta qualidade não estariam completos sem o pós-processamento. Embora nem sempre possamos "consertar na postagem", é difícil imaginar nossas imagens renderizadas sem os filtros e os efeitos de imagem em tela cheia que as tornam mais cinematográficas. É por isso que o HDRP vem com seus próprios efeitos de pós-processamento incorporados.

O pós-processamento do HDRP usa o sistema de volume para aplicar os efeitos de imagem à câmera. Quando você souber como adicionar substituições, o processo de aplicação de mais efeitos posteriores deverá ser familiar.

Pós-processamento As substituições para controle de cor e contraste às vezes se sobrepõem em termos de funcionalidade. Encontrar as combinações certas pode exigir algumas tentativas e erros. Você não precisará de todos os efeitos disponíveis; basta adicionar as substituições necessárias para criar a aparência desejada e ignorar o restante. Consulte Volumes na cena de amostra para obter exemplos de uso.

ACES versus mapeamento de tons neutros
Mapeamento de tons

O mapeamento de tons é uma técnica para mapear cores de alto alcance dinâmico para o alcance dinâmico mais limitado da tela. Ele pode aprimorar o contraste e os detalhes em suas renderizações.

Se você quiser um visual cinematográfico, defina o Modo de mapeamento de tons para o padrão do setor ACES(Academy Color Encoding System). Para obter algo menos saturado e contrastado, selecione Neutro. Os usuários experientes também têm a opção de escolher Custom (Personalizado ) para definir a curva de mapeamento de tons por conta própria.

Seletor de cores de sombras, tons médios e realces
Sombras, tons médios, realces

A Substituição de sombras, tons médios e realces controla o intervalo de tons e cores para cada uma das sombras, tons médios e realces da renderização. Ative cada trackball para afetar a respectiva parte da imagem. Em seguida, use os limites de sombra e de realce para evitar o recorte ou o exagero na correção de cores.

Interface Bloom Override
Florescer

O Bloom cria o efeito de sangramento de luz ao redor da fonte de luz. Isso transmite a impressão de que a fonte de luz é intensamente brilhante, como se estivesse dominando a câmera.

Ajuste a Intensidade e a Dispersão para alterar o tamanho e o brilho do Bloom. Use o Threshold para manter a nitidez em pixels opacos ou não brilhantes.

O Lens Dirt, por sua vez, aplica uma textura de manchas ou poeira para difratar o efeito Bloom.

Interface de substituição da profundidade de campo
Profundidade de campo

O Depth of Field simula as propriedades de foco de uma lente de câmera real.

Os objetos próximos ou distantes da distância de foco da câmera parecem borrados. Você pode definir a distância de foco a partir de:

  • O volume é substituído pelo modo de foco de alcance manual: Aqui, o próprio volume controla a distância do foco. Por exemplo, você pode usar isso para tornar a câmera intencionalmente desfocada com base no local (por exemplo, cenas subaquáticas).
  • Uma câmera Cinemachine com a extensão Extensão das configurações de volume: Use isso para seguir e focalizar automaticamente um alvo.
  • As propriedades da câmera física no modo de foco da câmera física: Use isso para animar o parâmetro Focus Distance do componente Camera.

Quando a profundidade de campo está ativa, um efeito de desfoque fora de foco chamado bokeh pode aparecer ao redor de qualquer área clara da imagem. Modifique a forma da abertura da câmera para alterar a aparência do bokeh. Consulte a seção sobre parâmetros adicionais da Physical Camera nesta página de instruções sobre suavização de serrilhado, volume e exposição.

Para cinemática ou renderização off-line, você pode escolher uma profundidade de campo mais cara, mas baseada em física , para habilitar configurações adicionais e qualidade personalizada.

Interface de balanço de branco
Equilíbrio de branco

A substituição do equilíbrio de branco ajusta a cor de uma cena para que a cor branca seja renderizada corretamente na imagem final. Você pode pressionar a Temperatura para alternar entre amarelo (mais quente) e azul (mais frio), e a Tonalidade para ajustar a projeção de cor entre verde e magenta.

Na cena de amostra HDRP, os volumes locais incluem substituições de equilíbrio de branco para cada cômodo.

Interface de curvas de cores
Curvas de cor

Use as curvas de cores para ajustar faixas específicas de matiz, saturação ou luminosidade. Selecione um dos oito gráficos disponíveis para remapear sua cor e contraste.

Controles deslizantes de ajustes de cores
Ajustes de cores

Use as opções de Ajustes de cores para ajustar o tom geral, a Matiz, a Saturação e o Contraste da imagem renderizada final.

Controles deslizantes do Channel Mixer
Mixer de canais

O Channel Mixer permite que um canal de cor influencie a "mistura" de outro. Selecione uma saída RGB e ajuste sua influência. Por exemplo, aumentar a influência do verde no canal de saída do vermelho tingirá todas as áreas verdes da imagem com um tom avermelhado.

Demonstração de distorção de lente
Distorção da lente

O Lens Distortion simula padrões radiais que surgem de imperfeições na fabricação de lentes do mundo real. Isso faz com que as linhas retas pareçam ligeiramente curvadas ou dobradas, especialmente com lentes de zoom ou grande angular.

Demonstração de vinheta
Vinheta

A vinheta imita um efeito da fotografia prática, em que os cantos da imagem escurecem e/ou dessaturam. Esse efeito pode ocorrer com lentes grande-angulares ou resultar de um dispositivo (como um protetor de lente ou anéis de filtro empilhados) que bloqueia a luz. Ele também pode ser usado para chamar a atenção do espectador para o centro da tela.

Desfoque de movimento

Os objetos do mundo real parecem borrados ou esmaecidos em uma imagem resultante quando se movem mais rápido do que o tempo de exposição da câmera.

Use a Substituição de desfoque de movimento para simular esse efeito. Para minimizar o custo do desempenho, reduza a contagem de amostras, aumente a velocidade mínima e diminua a velocidade máxima. Também é possível reduzir os parâmetros do Camera Clamp Mode (Modo de fixação da câmera ) em Additional Properties (Propriedades adicionais).

Amostras de reflexo de lente
Reflexo de lente

Geralmente, um lens flare aparece quando uma luz brilhante incide sobre a lente de uma câmera. Ele pode assumir a forma de um único brilho luminoso ou de vários clarões poligonais coloridos que correspondem à abertura da câmera. Na vida real, os reflexos têm um efeito indesejado, mas podem ser usados para fins narrativos ou artísticos. Por exemplo, um forte reflexo de lente pode chamar a atenção do jogador ou mudar o clima de um ambiente ou cena.

No HDRP, use o Lens Flare como um efeito de pós-processamento nos estágios posteriores do processo de renderização.

Asset de Lens Flare
Asset de Lens Flare

A aparência do reflexo é indicada no Flare Asset, mas, para renderizar o efeito, você precisa adicionar o componente Reflexo de lente (SRP)a um objeto na visualização de cena, como uma fonte de luz ou outro objeto que gerará o reflexo.

O componente controla a intensidade geral, a escala e os parâmetros de oclusão do efeito. Ele também oferece a opção de ser executado fora da tela quando o clarão estiver fora da visualização da câmera (embora ainda deva projetar alguns efeitos de clarão na cena, especialmente se o clarão vier de uma fonte estática).

Para se familiarizar mais com o Lens Flares, instale as amostras no Package Manager. Isso adicionará um conjunto de ativos de reflexo predefinidos e modificará a cena de amostra do HDRP para incluir efeitos de reflexo de lente. Você também encontrará uma cena de teste na qual poderá procurar Lens Flares e criar o seu próprio.

Se você selecionar Directional Light Sun no projeto, por exemplo, encontrará o componente Lens Flare (SRP) anexado à luz, bem como um ativo de dados. Altere o ativo para observar diferentes efeitos de reflexo.

Os reflexos de lente são feitos de elementos de reflexo de lente. Cada elemento representa um artefato diferente que um sinalizador pode produzir. A forma do elemento pode ser um polígono, um círculo ou outra imagem personalizada. Os parâmetros do elemento permitem que você ajuste a cor, a posição de transformação e a escala.

Quando anexado a uma fonte de luz, o Flare Elements pode aproveitar o Tint para reutilizar o mesmo Flare Asset com muitas fontes de luz diferentes.

Assista a esta apresentação para saber mais sobre como funcionam os reflexos de lente.

Interface do depurador de renderização
Depurador de renderização

A janela Depurador de Renderização(Janela > Análise > Depurador de Renderização) contém ferramentas de depuração e visualização específicas para o Pipeline de Renderização de Scripts (SRP). O lado esquerdo é organizado por categoria. Cada painel permite isolar quaisquer problemas de iluminação, materiais, volumes, câmeras e assim por diante.

O depurador de renderização também está disponível em tempo de execução na visualização do jogo no modo Play ou em uma compilação Player na compilação Development. Você pode abrir o menu usando Ctrl+Backspace ou pressionando as duas alavancas de um controle de jogo.

Amostras de iluminação
Modo de depuração em tela cheia

O depurador pode ajudá-lo a solucionar problemas de uma passagem de renderização específica. No painel Iluminação, é possível entrar no modo de depuração em tela cheia e escolher os recursos a serem depurados.

Esse modo permite que você brinque de "detetive de pixels" e identifique a origem de um problema específico de iluminação ou sombreamento. Os painéis à esquerda mostram como as estatísticas vitais de câmeras, materiais, volumes e assim por diante podem otimizar sua renderização.

Com o modo de depuração em tela cheia ativo, as visualizações de cena e jogo mudam para uma visualização temporária de um recurso específico. Isso pode servir como um diagnóstico útil.

Você também pode depurar várias propriedades comuns de materiais na tela Material > Common Material Properties, incluindo Albedo, Normal, Smoothness e Specular.

Para depurar o desempenho, acesse a janela Depurador de renderização quando estiver no Modo de reprodução. Lá você pode acessar um painel de estatísticas.

Consulte a documentação do depurador para obter detalhes completos.

Ray tracing no Assistente de pipeline de renderização
Ray tracing (visualização)

O Ray tracing é uma técnica que pode produzir renderizações mais convincentes do que a rasterização tradicional. Embora o cálculo tenha sido historicamente caro, os desenvolvimentos recentes na interseção (ou traçado) de raios acelerada por hardware tornaram o traçado de raios possível para aplicativos em tempo real.

O traçado de raios no HDRP é um sistema híbrido que ainda depende da renderização rasterizada como um recurso alternativo e inclui suporte de visualização para traçado de raios com um subconjunto de hardware de GPU selecionado e a API DirectX 12. Consulte Introdução ao traçado de raios para obter uma lista específica de requisitos de sistema.

Para ativar o traçado de raios (na visualização), você precisa alterar a API gráfica padrão do seu projeto HDRP para DirectX 12. Abra o Assistente de Pipeline de Renderização(Janela > Pipeline de Renderização > Assistente de Pipeline de Renderização HD).¹ Clique em Fixar tudo na guia HDRP + DXR e reinicie o Editor. Siga as instruções do Assistente de Pipeline para ativar os recursos desativados.

Você também pode configurar o traçado de raios manualmente.

Depois de ativar o traçado de raios para o seu projeto, verifique se as configurações globais do HDRP e do quadro da câmera também têm o traçado de raios ativado. Certifique-se de estar usando uma arquitetura compatível de 64 bits nas configurações de construção e valide os objetos da cena em Editar > Renderização > Verificar conteúdo da cena para rastreamento de raios HDRP.

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No Unity 2021, localize o HDRP Wizard em Window > Rendering > HDRP Wizard.

Oclusão de ambiente no espaço da tela vs. oclusão de ambiente com Ray-Traced
Substituições: Oclusão de ambiente com Ray-Traced

O rastreamento de raios adiciona algumas novas substituições de volume e aprimora muitas das existentes no HDRP. As seções a seguir detalham cada substituição.

Oclusão de ambiente

A Ray-Traced Ambient Occlusion substitui sua contraparte no espaço da tela. Ao contrário do SSAO (Screen Space Ambient Occlusion), o Ray-Traced Ambient Occlusion permite usar geometria fora da tela para gerar a oclusão. Dessa forma, o efeito não desaparece ou se torna impreciso em direção à borda do quadro.

Clusters de luz de rastreamento de raios no modo de depuração
Aglomerados de luz

O HDRP divide sua cena em uma grade alinhada ao eixo, centralizada em torno da câmera. Ele usa essa estrutura para determinar o conjunto de luzes locais que podem contribuir para a iluminação sempre que um raio atinge uma superfície. Em seguida, ele pode calcular os rebatimentos de luz para determinados efeitos, como Ray-Traced Reflections e Ray-Traced Global Illumination.

Use a Substituição de volume do intervalo do cluster da câmera para alterar o intervalo dessa estrutura e garantir que ela englobe os GameObjects e as luzes que precisam ser considerados.

Você pode usar um modo de depuração HDRP disponível em Windows > Análise > Depurador de renderização > Iluminação > Modo de depuração em tela cheia. Isso ajuda a visualizar as células de cluster de luz (destacadas em vermelho), indicando onde a contagem de luz atingiu o máximo de luzes por célula no ativo HDRP. Ajuste essa configuração para reduzir o vazamento de luz indesejado e outros artefatos semelhantes.

Iluminação global com rastreamento de raios em tempo real
Iluminação global com Ray-Traced

O Ray-Traced Global Illumination é uma alternativa ao Screen Space Global Illumination (SSGI) e às sondas de luz usadas para simular a iluminação indireta e refletida. Ele calcula em tempo real e permite que você evite o demorado processo off-line de preparação de mapas de luz e, ao mesmo tempo, produza resultados comparáveis.

Use Quality Settings para ambientes internos complexos que se beneficiam de vários saltos e amostras. O Modo de desempenho (limitado a uma amostra e um bounce) funciona bem para exteriores, onde a iluminação vem principalmente da luz direcional primária.

Reflexões com Ray-Traced
Reflexões com Ray-Traced

Aproveite o Ray-Traced Reflections para obter reflexos de maior qualidade em comparação com sondas de reflexão ou Screen Space Reflections. As malhas fora da tela aparecem corretamente nos reflexos resultantes.

Ajuste os valores de Minimum Smoothness (Suavidade mínima ) e Smoothness Fade Start (Início do esmaecimento da suavidade ) para modificar o limite no qual as superfícies suaves começam a receber Ray-Traced Reflections (Reflexões com Ray-Traced). Aumente os saltos se necessário (por exemplo, dois espelhos refletindo um ao outro), mas tenha em mente o custo do desempenho.

Sombras com Ray-Traced
Sombras com Ray-Traced

Use Ray-Traced Shadows para luzes direcionais, de ponto, de ponto e de área retangular. Eles podem substituir os Shadow Maps de qualquer GameObject opaco. As luzes direcionais também podem lançar sombras com Ray-Traced a partir de GameObjects transparentes ou translúcidos.

O Ray Tracing produz sombras com aparência natural que se suavizam à medida que a distância do lançador aumenta, como na vida real. As luzes direcionais, pontuais e spot podem gerar sombras semitransparentes de forma semelhante.

Além disso, as luzes direcionais do HDRP geram sombras coloridas semitransparentes. No exemplo, uma superfície de vidro projeta uma sombra precisamente colorida no chão.

Mais recursos

Assista a Ativar traçado de raio com HDRP para ver um passo a passo dos recursos de traçado de raio do Pipeline de Renderização de Alta Definição na visualização. Consulte a documentação sobre Ray tracing para obter mais informações.

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