Blender EEVEE渲染器存在图像模糊问题以及原因分析

Blender EEVEE渲染器存在图像模糊问题以及原因分析

Blender的EEVEE渲染器在所有版本中都存在一个令人困扰的问题：当采样设置大于1时，输出的图像会出现模糊现象。本文将深入分析这一问题的原因，并探讨可能的解决方案。

直到目前为止（Blender 4.3 alpha），所有版本的Blender EEVEE渲染器均存在渲染出来的图像模糊的问题，表现为当采样(Sampling)设置为大于1的值时，输出的图像就会发生模糊。效果类似于施加了2x2的模糊。为了提高最终输出清晰度，使用EEVEE渲染图像或视频时请将分辨率设置为最终输出的2倍。

下面用同一张图，不同渲染设置用来对比。

第一张图，采样设置为1，此时图像不模糊，但模型会有锯齿。

第二张图，采样设置为64，图像发生模糊

第三张图，Cycles渲染，采样设置为4096

为了减少图像压缩带来的影响，我将第一张和第二张图片裁切一部分并放大4倍。网页版可以右键点击图像新标签页中打开图像来对比。

第二张图片看起来更亮，白色部分扩大，可以看出当采样设置为64时，EEVEE输出的图像确实变模糊了。

原因分析

为什么会这样呢？

模型是由三角形组成的，在渲染时经过一系列过程最终渲染为图像。EEVEE的渲染过程不是光线追踪，而是传统的光栅渲染。这个过程中有一步将三角形变成覆盖屏幕的像素，称为光栅化。这个过程中，对于每个渲染的三角形和每个像素点，这个点要么在三角形里，要么不在三角形里。但是像素实际上是具有体积的，如果三角形没有完全覆盖像素，那么这个点不管是在三角形或者不在三角形中都不合适，实际判定以像素的中心位置来确定是否在三角形中，因此光栅化过程会导致锯齿状的失真。

EEVEE通过多次渲染图像并混合来抗锯齿。每次渲染图像时，添加一个微小的“抖动”让相机在一个像素范围内移动，通过上文所述的过程渲染，对于每个像素，三角形的边缘从原来的覆盖（1）和未覆盖（0）取值变成了许多个0和1取平均值，因此消除了锯齿。

混合多张图像能够消除三角形边缘的锯齿，也能消除各种采样不足产生的噪点，看起来很完美，却有一个意外的效果，所有物体的贴图都变得模糊了。

问题不是出在混合上，而是出在“抖动”上。为了说明这个情况，首先介绍Mipmap。通常游戏引擎和渲染器为了避免物体移动时贴图闪烁，会为贴图生成Mipmap。举例原图尺寸是10241024，Mip 1级为512512，2级时为256256，以此类推，通常会生成到11为止。渲染图像时，根据像素在屏幕中的占比，选择最合适的Mip层级进行采样，当物体离相机很远时，在屏幕上的占比较小，选择mip层级高的贴图进行采样才不会失真。做个比喻：把每个像素看作颜料桶，最终只能输出一个颜色，如果把图像用一个颜料桶表示，那这个颜料桶的颜色只能是整张图像的所有颜色取平均，而不能是图像的某个部分的颜色。

回到模糊问题，不理解Mip也没关系，只需要知道通常渲染时，Mip已经消除了贴图采样缩放的失真问题。那么我们认为正常渲染单张图像时，贴图已经经过抗失真。但是在多张图片混合时，会出现一些问题。如前文所述，EEVEE合成最终输出前会“抖动”相机的位置，拍摄多张图像。对于每个像素来说，其采样位置发生了改变。而贴图在单次渲染时是经过抗失真的，因此会造成模糊。

举个例子，下图代表一个3*2的贴图。
2 2 6
2 2 6

我们只观察其中一个像素，考虑极端情况，它位于图像的中央，抖动使得它的中心位于左上角 2 2 2 2的中心，它的输出值为 (2 + 2 + 2 + 2) / 4 = 2。

接下来一张图像这个像素的中心位于右上角2 2 6 6的中心，它的输出值为(2 + 2 + 6 + 6) / 4 = 4。

最终在eevee的输出为 (2 + 4) / 2 = 3。

有些人认为，这并没有什么问题，这就是图像采样的原理啊。但其实它混合了一些不该混合的像素，它的中心在图像的中心。在不失真的情况下，其值为 (2 + 2) / 2 = 2。（我只是在说明原理，所以没有在采样时乘上系数）

解决方案

这个问题只能由Blender解决，在此之前，你能做的就是提高输出分辨率。

这个问题显然有多种解决方案。第一种是当采样大于1时降低mip层级，使得贴图在采样时失真，最后混合时正常。

第二种方案，采样时修改采样位置，抵消抖动带来的位置移动，使得渲染像素时总是采样像素中心点，避免采样点移动。

想试试？

如果专栏图片压缩不明显的话可以试试。

将渲染器切换到EEVEE，图像贴到物体上直接输出，分辨率设置为512*512，采样设置为64。

已经给Blender提交issue，在Blender解决之前只能通过提高分辨率降低影响，或者切换Cycles渲染器。