Was verursacht das Flackern von Schatten in Unreal Engine und wie behebe ich es?
Ursachen für Schattenflackern
Das Flackern von Schatten in Unreal Engine ist ein häufiges Problem, das durch verschiedene technische und konfigurationsbedingte Faktoren verursacht wird. Zunächst liegt eine der Hauptursachen in der Art und Weise, wie die Engine Schatten berechnet und darstellt. Schatten werden oft durch sogenannte Shadow Maps erzeugt, das sind Texturen, in denen die Tiefe der Objekte aus der Sicht der Lichtquelle gespeichert wird. Wenn die Auflösung dieser Shadow Maps zu gering ist, führt das zu unscharfen oder flackernden Schattenrändern, da die Pixel nicht präzise genug die Kanten der Objekte abbilden können. Auch Bewegung von Lichtquelle oder Kamera kann das Flackern verstärken, weil sich die Positionsdaten ändern und die Shadow Maps ständig neu berechnet werden müssen.
Ein weiterer Faktor ist die sogenannte "Shadow Bias"-Einstellung, die der Engine signalisiert, wie nahe an der Oberfläche ein Schatten beginnen soll. Ein zu kleiner Bias Wert kann dazu führen, dass Schatten an der Oberfläche selbst auftreten, was sogenannte Peter-Panning-Effekte hervorruft, während ein zu großer Bias die Schatten von der Oberfläche wegrückt, was wiederum zu Flackern führen kann. Insbesondere bei dynamischen Lichtquellen, wie bewegten Spotlights oder Punktlichtern, kann dies sehr problematisch sein.
Zusätzlich beeinflussen die Lichtquelle selbst (z.B. ob die Sonne als Directional Light verwendet wird) und die Art der Schattenberechnung (hard shadows vs. soft shadows, Cascaded Shadow Maps vs. Distance Field Shadows) das Flackerverhalten. Bei großen offenen Welten werden häufig Cascaded Shadow Maps eingesetzt, die in mehreren Detailstufen funktionieren. Ungenaue Übergänge zwischen diesen Stufen können Flackern verursachen. Auch ungünstige Skalierungen der Geometrie oder zu nah beieinander liegende Vertices können das Problem verstärken.
Methoden zur Behebung von Schattenflackern
Um Schattenflackern zu reduzieren oder zu beheben, gibt es mehrere Ansätze, die in Kombination angewendet werden können. Zunächst sollte die Auflösung der Shadow Maps erhöht werden, um eine genauere Schattenzeichnung zu gewährleisten. Unreal Engine erlaubt eine Anpassung der Shadow Map Resolution, die im Lichtquellen-Editor eingestellt wird. Höhere Auflösungen führen jedoch zu mehr Performancebedarf, daher muss hier ein Kompromiss gefunden werden.
Die Anpassung des Shadow Bias ist ebenfalls entscheidend. Man sollte experimentieren, um den optimalen Wert zu finden, der verhindert, dass Schattenflimmern durch zu nahe oder zu entfernte Schattenkanten entsteht. Unreal Engine bietet oft zwei Bias-Regler an: den "Shadow Bias" und den "Slope Scale Bias". Insbesondere das Erhöhen des Slope Scale Bias kann das Flackern deutlich reduzieren.
Bei directional lights und großen Szenen hilft der Einsatz von Cascaded Shadow Maps (CSM). Es ist sinnvoll, die Anzahl der Cascades zu erhöhen und ihre Verteilung so zu optimieren, dass der Detailgrad dort am höchsten ist, wo die Kamera sich befindet oder hinblickt. Dadurch springen die Schattenübergänge weniger stark und das Flackern wird minimiert. Alternativ können auch Distance Field Shadows eingesetzt werden, die auf volumetrischen Berechnungen basieren und weniger anfällig gegen Flackern sind, allerdings benötigen sie zusätzliche Setup-Schritte und Performance.
Zusätzlich kann Anti-Aliasing der Schatten durch die Verwendung von weichen Schatten (Soft Shadows) oder Screen Space Shadows helfen. Hierbei werden die Kanten der Schatten aufgehübscht, was das Flackern visuell abmildert. Eine weitere Maßnahme ist die Nutzung von Temporal Anti-Aliasing (TAA), das flackernde Pixel aus mehreren Frames kombiniert und so das Flimmern reduziert.
Schließlich sollte auch die Geometrie und das Mesh-Setup überprüft werden. Enge Kanten oder Überlappungen können Artefakte hervorrufen, die als Flackern wahrgenommen werden. Das Optimieren von Normalen, das Beheben von doppelten Vertices und die Sicherstellung sauberer UV-Mapping können ebenfalls helfen, Probleme bei der Schattenberechnung zu reduzieren.
Zusammenfassung
Das Flackern von Schatten in Unreal Engine entsteht vor allem durch technische Limitationen der Shadow Maps, falsche Bias-Einstellungen und ungünstige Licht- oder Geometriekonfigurationen. Um es zu beheben, empfiehlt es sich die Shadow Map Auflösung zu erhöhen, die Bias-Werte sorgfältig einzustellen, die Einstellungen von Cascaded Shadow Maps zu optimieren und ggf. auf alternative Schattenmethoden wie Distance Field Shadows oder Soft Shadows zurückzugreifen. Die Kombination dieser Maßnahmen verhindert sehr effektiv das Flackern und verbessert die visuelle Qualität der Schatten in der Szene.