实时光线追踪技术：发展近况与未来挑战
最近阅读了SIGGRAPH 2019中 EA SEED团队带来的，关于实时光线追踪一篇很赞的技术分享[1]。 本文将以此为引子，对实时光线追踪技术的发展近况，当前业界面对的挑战，以及未来的研究方向进行一个盘点。 主要涉及的要点有： 一、实时光线追踪技术元年：2018年 二、实时光线追踪：当前业界产品应用情况 2.1 虚幻引擎：UE 4.22实时光线追踪特性正式面世 2.2 Unity引擎：Unity 2019.3正式支持实时光线追踪特性 2.3 3A游戏：部分产品已加入实时光线追踪技术 2.4 主机平台：Play Station 5和Xbox Scarlett都将支持实时光线追踪 三、实时光线追踪：当前业界技术发展近况盘点 3.1 实时光线追踪：混合渲染管线 3.2 实时光线追踪：反射渲染 3.3 实时光线追踪：环境光遮蔽 3.4 实时光线追踪：阴影渲染 3.4.1 解析直接光照+随机阴影 3.4.2 透明阴影渲染 3.5 实时光线追踪：透明渲染和半透明渲染 3.6 实时光线追踪：多光源处理 3.7 实时光线追踪：粒子系统渲染 3.8 实时光线追踪：全局光照 3.9 实时光线追踪：剔除 3.10 实时光线追踪：Texture LOD 四、实时光线追踪：业界当前面临的挑战 4.1 实时光线追踪处理透明渲染仍有不少问题需要攻克 4.2 对多变的游戏内容环境的更好兼容 4.3 实时光线追踪全局光照：广阔的空间等待探索 4.4 探索新的实时光线追踪形态 4.5 不断革新混合渲染管线的技术形态 4.6 未来光线追踪领域的研究方向 OK，下面开始正文。 壹 · 实时光线追踪技术元年：2018年 个人认为，可以将2018年定义为实时光线追踪技术元年。 这一年，秘密开发了多年的实时光线追踪技术终于在GDC 2018上揭开面纱，进入大众视野，并引起广泛轰动。 这一年，微软宣布了DirectX Ray Tracing，DXR的问世；NVIDIA、ILMxLAB、UE4联合发布了基于实时光线追踪的具有电影级视觉效果的《星球大战》短片；NVIDIA发布了RTX Technology Demo以及Project Sol Cinematic Demo Part 1；EA SEED团队带来了PICA PICA实时光线追踪Demo；Remedy的Northlight引擎也带来了Ray Tracing in North Light Demo；Futuremark团队也发布了非常赞的DirectX Raytracing Tech Demo。 
也是这一年，NVIDIA宣布了可加速硬件中光线追踪速度的新架构Turing，以及搭载实时光线追踪技术的RTX系列显卡。 
同样是这一年，第一款搭载RTX实时混合光线追踪技术的游戏《战地5（Battlefield V）》正式面世，基于EA的Frostbite引擎，带来了出色的混合光线追踪反射（Hybrid Ray-Traced Reflections）渲染表现。 
时间来到2020年，自GDC 2018实时光线追踪技术正式面世以来已经经过了近两年时间，让我们看下当前实时光线追踪的业界产品应用情况。 贰 · 实时光线追踪：当前业界产品应用情况 2.1 虚幻引擎：UE 4.22实时光线追踪特性正式面世 
自4.22版本以来，UE4的实时光线追踪功能已经正式面世。 UE4中的Ray Tracing技术目前有两种形态： 混合光线追踪模式（Hybrid Ray Tracer Mode），用于将光线追踪功能与现有的光栅化效果相结合，进行混合渲染。 路径追踪参考模式（Path Tracer Reference Mode），用于与Ground Truth进行比较。 UE4中的Ray Tracing的KeyFeature可以总结如下： 光线追踪阴影Ray Traced Shadows 光线追踪反射Ray Traced Reflections 光线追踪半透明渲染Ray Traced Translucency 光线追踪环境光遮蔽Ray Traced Ambient Occlusion 光线追踪全局光照 Ray Traced Global Illumination 这边放一个UE4、NVIDIA、保时捷合作的实时光线追踪保时捷911超跑概念车渲染视频“The Speed of Light”： RTX 保时捷911超跑概念渲染视频： 2.2 Unity引擎：Unity 2019.3正式支持实时光线追踪特性 
随后，Unity引擎也宣布对混合实时光线追踪（Hybrid Real-Time Ray Tracing）的支持，并在Unity 2019.3中正式发布。 Unity Ray Tracing的Key Feature可以总结为： 光线追踪环境光遮蔽 Ray-Traced Ambient Occlusion 光线追踪接触阴影 Ray-Traced Contact Shadows 光线追踪全局光照 Ray-Traced Global Illumination 光线追踪反射Ray-Traced Reflections 光线追踪阴影Ray-Traced Shadows 递归光线追踪Recursive Ray Tracing Unity引擎2019年3月发布的《Reality vs illusion： Unity real-time ray tracing》Demo中，将CG汽车与现实世界的汽车同时放在画面中。对比起来，已经很难辨别CG和现实。 
2.3 3A游戏：部分产品已加入实时光线追踪技术 到目前为止，不少3A游戏已经加入了实时光线追踪技术，包括《战地5（Battlefield V）》、《使命召唤：现代战争（Call of Duty： Modern Warfare）》、《地铁：离去（Metro Exodus）》、《古墓丽影：暗影（Shadow of the Tomb Raider）》、《雷神之锤2 RTX版 （Quake II RTX）》、《德军总部：新血脉（Wolfenstein： Youngblood）》等。 
未来将发布的更多的大作，也将具有实时光线追踪特性，比如《看门狗：军团 Watch Dogs Legion》、《赛博朋克2077（Cyberpunk 2077）》等。 
甚至Minecraft都将发布RTX版： 
这边有一个当前所有支持RTX的所有游戏的List（统计自2019.10月）： https：//www.digitaltrends.com/computing/games-support-nvidia-ray-tracing/ 也放一个NVIDIA出品的Project Sol Part 3实时光线追踪渲染的电影短片： NVIDIA - Project Sol - Part 3： 总之，实时光线追踪技术刚刚开始进入游戏产品，未来将有更广泛的普及。 2.4 主机平台：Play Station 5和Xbox Scarlett都将支持实时光线追踪 
当然，两个主要主机制造商的下一代产品，索尼的Play Station 5和微软的Xbox Scarlett，都宣布了对实时光线追踪技术的支持。 Microsoft： E3 2019 Keynote： https：//www.youtube.com/watch？v=zeYQ-kPF0iQ SONY： What to Expect From SONY’s Next-Gen PlayStation ： https：//www.wired.com/story/exclusive-sony-next-gen-console OK，讲了那么多产品级的应用，下面开始正篇吧，实时光线追踪技术当前业界的发展近况，即 State-of-the-Art Real-Time Ray Tracing Technology。 叁 · 实时光线追踪：当前业界技术发展近况盘点 要点有： 混合渲染管线 Hybrid Rendering Pipeline 反射 Reflections 环境光遮蔽 Ambient Occlusion 阴影 Shadows 透明渲染Transparency 半透明渲染 Translucency 多光源处理 Many Lights 粒子渲染Particles 基于光线追踪的全局光照 Ray-traced GI 剔除 Culling 贴图LOD | Texture LOD 
3.1 实时光线追踪：混合渲染管线 
（编辑：应用网_阳江站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |