Imagination在線課程上新！深入解讀業(yè)界首個移動端光線追蹤GPU架構

在上一篇文章中，我概述了新款IMG CXT GPU，并解釋了為什么它能夠在移動功率預算中為常規(guī)光柵化和光線追蹤效果提供令人驚艷的性能。然而，即使光線追蹤成為桌面顯卡的新標準幾年后，仍有人質(zhì)疑為什么光線追蹤很重要。因此，在本文中，我們將快速了解它為游戲玩家和開發(fā)人員帶來的一些好處。

環(huán)境貼圖已成過去時

自3D圖形開始以來，開發(fā)人員一直在使用光柵化 ，因此他們非常擅長使用它來“偽造”光照場景也就不足為奇了。

要在游戲中創(chuàng)建陰影，需要創(chuàng)建“陰影貼圖”。這將測試像素是否在光源的視野內(nèi)，并且每個像素都必須由開發(fā)人員手動放置到場景中。但是，陰影貼圖必須從每個光源的角度進行渲染，存儲為紋理，然后重新投影到自身。正如我們在光線追蹤演示的下圖中所看到的，問題在于陰影貼圖會產(chǎn)生硬邊陰影并且缺乏精度，因此容易出現(xiàn)鋸齒，其中光線看到的像素與相機看到的像素不對應。有一些方法可以解決這個問題，例如級聯(lián)陰影貼圖，但這些方法需要大量的幾何圖形和像素吞吐量才能以多種不同的分辨率渲染場景。

默認情況下，陰影貼圖會創(chuàng)建外觀難看的鋸齒陰影

有了光線追蹤陰影，這一切都會消失——你可以從可見曲面上的每個點向光源發(fā)射光線。如果光線到達光源，則該表面被照亮，但如果光線在到達光線之前擊中任何東西，則該光線將被丟棄，這意味著該表面被陰影覆蓋。

光線追蹤允許產(chǎn)生細微、柔和的陰影，而不會降低分辨率

使用光線追蹤陰影，你可以不受分辨率的限制，因此你的陰影可以變得非常微妙、平滑和漫反射。這些被稱為柔和陰影。一個物體可以生成一個真正的pcastenumbra，其結果是它感覺自己好像真的在這個世界上。

你還可以獲得真實的接觸陰影——例如由場景中的對象準確生成的陰影，這些陰影看起來似乎與對象相連——而不是使用陰影貼圖獲得的近似值。光線追蹤還提供動態(tài)生成的照片級真實感陰影，而在此之前，你必須對其進行預計算以獲得真實感。

標準陰影在場景中看起來像懸浮在地面上

更重要的是，當光線追蹤陰影處理運動中的物體時，我們的人物在行走時會在地板上投射陰影。這種類型的效果使對象和角色看起來在場景中接觸地面，而不是脫節(jié)的，或者看起來是漂浮的。

光線追蹤還意味著開發(fā)人員可以取消立方體貼圖，消除常見問題，例如物體的光線溢出而不阻擋光源，并且你將看到物體的表面反射，這有助于將場景連接在一起。

光線追蹤陰影看起來更自然

節(jié)省空間的游戲玩家

能夠取消環(huán)境貼圖的附帶好處將是內(nèi)存更小的游戲。這些地圖本質(zhì)上是非常大的紋理，因此完全光線追蹤游戲的一個小但明顯的優(yōu)點是，下載和安裝的空間更小 ——這在移動設備上可能很有價值，因為移動設備的存儲和數(shù)據(jù)帶寬非常寶貴。

反射貼圖升級

目前游戲中最先進的反射是屏幕空間反射（SSR），它可以實時提供動態(tài)反射，但顧名思義，它只能在屏幕空間中反射——因為它們只反映觀眾在當時看到的東西。例如，這意味著在第一人稱射擊游戲中，如果你有一個場景，比如說，天空和樹木在水中反射，但你向下看，天空和樹木將不再反射，因為你在屏幕上看不到它們。相反，它將不得不回退到不精確的反射圖，而這會降低真實感和沉浸感。

光線追蹤從根本上改變了這一點。它可以啟用屏幕空間之外的對象，這不僅增加了沉浸感，而且會對游戲的玩法產(chǎn)生重大影響?，F(xiàn)在，你可以看到敵人從后面或側面向你襲來的反射，或者你可以使用反射面來查看周圍的角落。這可以提供競爭優(yōu)勢，或者，如果游戲設計得很好，可以增加游戲的戲劇性。

全局照明

游戲中增加真實感的一種流行技術是全局照明，它模擬光線在多個表面上反彈到其它對象的光或陰影。這樣做的好處是更細致、更準確地觀察世界。

這對 GPU 實時性要求很高，但很自然，高效的光線追蹤器是更高效、更準確地實現(xiàn)這一點的首選。光線追蹤全局照明（RT GI）為逼真效果提供了最佳選擇，除了光線追蹤陰影和反射之外，場景中的對象相互影響。正如在演示的屏幕截圖中所看到的，RT GI 在一些區(qū)域提供了額外的陰影，例如在大型銀色圓柱體和管道之間，在墻壁上產(chǎn)生陰影。不僅如此，表面還呈現(xiàn)出反射到這些表面上的光的顏色，使它們具有更溫暖、更真實的色調(diào)，所有這些都賦予了圖像真實的深度和沉浸感。

節(jié)省時間

光線追蹤除了為最終用戶帶來的所有視覺增強功能外，也許最大的粉絲應該是開發(fā)人員自己。假設他們可以創(chuàng)建僅針對光線追蹤 GPU 的游戲，他們可以節(jié)省大量時間，而不必創(chuàng)建我們之前描述的環(huán)境貼圖。

在由傳統(tǒng)光柵化技術照明的游戲中，美術師必須在場景周圍手動放置補光燈。為了模仿“反彈照明”，就像在會受到燈光間接影響的照明區(qū)域一樣，游戲美術師必須在場景中放置所有補光燈——基本上是通過眼睛，然后手動調(diào)整燈光的顏色和強度，使其看起來很真實——這都非常耗時。此外，如果出于任何原因需要更換燈光，則必須重新進行整個過程。

使用光線追蹤全局照明，開發(fā)人員需要做的就是打開它，整個房間就會充滿光線。這不僅節(jié)省了大量的工作時間，而且在物理上更準確、更有說服力。如果需要更改任何內(nèi)容，它無需額外工作即可動態(tài)更新。這就是光線追蹤帶來的益處。

光線追蹤反射和陰影為3D 圖像增添了真實感

用戶生成的內(nèi)容

同樣，想象一下模型師創(chuàng)建自己的新游戲。問題在于，這些自制關卡的照明效果很差，因為沒有原始游戲開發(fā)商創(chuàng)建的預烘焙照明。但是，通過實時光線追蹤硬件，場景的照明可以在設備加載時在設備上實時完成，這意味著用戶創(chuàng)建的內(nèi)容可以有效地與專業(yè)游戲內(nèi)容一樣好——至少在照明方面如此。在計算照明時可能會有一點延遲，但質(zhì)量水平的提高將使這一點很超值。

結論

通過光線追蹤，我們可以看到視覺質(zhì)量和工作流程的好處，這在很多方面都是緊密聯(lián)系在一起的。開發(fā)人員獲得了顯著的生產(chǎn)力提升，并能夠以新的方式設計游戲以充分利用其可能性，而最終用戶則可以獲得更好看、更沉浸式的世界。

因此，我們很高興將 IMG CXT 推向市場。我們的 CXT 48-1536 RT3 內(nèi)核提供 48 GTexels/s（相當于1.5 TFLOPS FP32）的卓越光柵化性能，與 1.3Gray/s 或更高的性能緊密結合。它還可以提供 6 TOPS 的 AI性能，以實現(xiàn)良好的功耗平衡——所有這些都在大約 1-2 瓦的移動功率預算內(nèi)。

這就是為什么我們可以確定，使用該 GPU IP 的設備能夠提供至少與我們目前在PC機和游戲機上享受同等水平的視覺質(zhì)量——幀率在 30 到 60fps 之間，具體取決于目標分辨率。

正如Imagination在智能手機革命開始時使移動游戲成為可能一樣，通過CXT，我們再次重新定義了移動圖形的可能性——當然，這只是開始。

原文標題：為什么游戲玩家和開發(fā)者應該關心光線追蹤

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