讓角色半透明：從 Ordered Dithering 說起（一）

問題

一個多月前，當我們再次思考相機時，一個問題不得不先解決：如何避免相機與角色穿插？當環境變的複雜、遊戲內容變得複雜時，似乎沒有一個令人滿意的相機運動規則既能避開角色又能兼顧體驗。

於是我們選擇了另一條路：讓角色靠近相機時變的半透明直到消失。

在 3D 遊戲中，「半透明」永遠是開發者的痛（因為半透明物體不能直接在 deferred 中完成繪製，以及排序困難）。而角色這樣的非凸多面體存在透視問題——比如透過人體表面看到眼球、舌頭或另一條手臂，這會嚴重影響體驗的。因此不能通過使用半透明 shader 解決問題。

這樣的半透明是不是超刺激？

Ordered Dithering

一種模擬半透明的經典方法是 Screen-Door Transparency，簡單來說就是通過在物體上「挖洞」模擬半透明，洞的密度就是透明度。如何挖也有很多不同方式，我們所用到的的稱為 Ordered Dithering，這種演算法本來是設計用來處理圖像的，在模擬半透明上道理相同。這種演算法的特點是結果穩定、（模擬的）透明度相同的物體在屏幕空間挖的洞位置也相同。

這是兩倍大小看到的 Ordered Dithering 模擬半透明效果，注意不同深度、不同部位挖的洞在屏幕上是規則排列的

原理

在角色 shader 中可以通過 clip / discard 拋棄像素，這會取消像素輸出（包括深度，此為一坑），可以用來實現挖洞。然後問題就是，挖的規則是什麼？

Ordered Dithering 使用一個矩陣，矩陣每個元素代表不透明度的臨界值，當繪製一個像素時，將每個屏幕像素坐標對應到矩陣中一個位置（就是對 x 和 y 分別取余），如果該位置的值大於需要設置的不透明度就拋棄此像素。

現在唯一需要確定的就是矩陣大小和內容了。矩陣大小決定可以控制的不透明度等級數，比如常見的 4x4 矩陣只能產生 17 個級別（除了 16 個半透明級別還有一個完全透明級別），在實際應用中效果不夠理想。我最開始想使用 16x16 的矩陣，可惜沒有找到。於是寫了一個演算法用來產生各種級別的 Ordered Dithering 矩陣：

/// /// 創建 Ordered Dithering 矩陣 /// /// size 必須為 2 的整數次冪，至少為 2 public static int[,] CreateOrderedDitheringMatrix(int size) { if (size <= 1 || !Mathf.IsPowerOfTwo(size)) { return null; } int inputSize = 1; int outputSize; int[,] input = new int[,] { { 0 } }; int[,] output; while (true) { outputSize = inputSize * 2; output = new int[outputSize, outputSize]; for (int i = 0; i < inputSize; i++) { for (int j = 0; j < inputSize; j++) { int value = input[i, j] * 4; output[i, j] = value; output[i + inputSize, j + inputSize] = value + 1; output[i + inputSize, j] = value + 2; output[i, j + inputSize] = value + 3; } } if (outputSize >= size) return output; else { inputSize = outputSize; input = output; } } }

如何應用

現在，我們已經可以在物體上挖洞了。一種最直接的應用想法是，用深度來計算不透明度，然後挖洞模擬。然而這種方法不可行，這與半透明透視問題本質是一樣的：會看到不該看的東西。我們使用 Ordered Dithering 的目的就是解決此問題。

如果每個獨立的物體，它的各部分具有統一的不透明度，那麼在 Ordered Dithering 作用後就不會有透視問題。因此，應將一個物體或角色看成整體，根據這個整體與相機的最短距離計算不透明度，然後應用到整體。

使用膠囊體粗略模擬角色外形

比如對於角色，使用膠囊體粗略模擬外形，然後計算整體與相機最短距離，根據最短距離計算不透明度，應用到身體、衣服等部位。這裡有個小優化，就是使用 bounding sphere 快速剔除，避免不必要的計算。對於存在大量角色的遊戲，這種優化是十分必要的，因為通常最多也就幾個角色會同時靠近相機。

根據距離計算不透明度

到這裡，基本功能已經完成，但遠沒有達到我們的要求。如何達到頭圖的效果呢？下一篇繼續。

（遊戲 原生體 Protoform）