实时光线追踪技术：发展近况与未来挑战

　　另外，对于粗糙玻璃，推荐使用Walter’s参数化（Walter’s parametrization）和GGX粗糙度重要性采样（importance sample GGX roughness）。而对于特别粗糙的材质，则需要更多的采样来进行降噪，也可以使用时域滤波。实践证明在纹理空间（texture-space）中进行渲染是不错的思路。

　　而对于半透明渲染（Translucency），目前业界已可以很好地实现均匀介质内部的光散射（Light scattering inside homogeneous medium），在PICA PICA Demo，同样采用了在纹理空间（texture-space）中进行渲染的方案。

　　3.1 实时光线追踪：混合渲染管线

　　对于多光源的处理而言，业界现有方案可以总结如下两类：

　　基于加速结构的光源选择（Acceleration structure-based selection）

　　基于重要性采样的光源选择（Light Importance Sampling）

　　其中，基于加速结构的光源选择（Acceleration structure-based selection）方案的代表性思路可以总结为：

　　Unity引擎的方案。基于相机朝向的加速结构（camera-oriented acceleration structure） [Benyoub 2019] [Tatarchuk 2019]

　　《战地5》的方案。水平面光源列表（horizontal plane light list）[Deligiannis 2019]

　　而基于重要性采样的光源选择（Light Importance Sampling）的代表性思路，都是HPG 2019的paper：

　　Dynamic Many-Light Sampling for Real-Time Ray Tracing [Moreau 2019]

　　Stochastic Lightcuts [Yuksel 2019]

　　其中，《Dynamic Many-Light Sampling for Real-Time Ray Tracing》描述了一种基于两层BVH的分层光源采样数据结构，该结构能够从10，000个发射三角形进行交互式直接光照。这使得未来的实时场景可以只用自发光网格（emissive meshes）来进行光照，非常赞。

　　3.7 实时光线追踪：粒子系统渲染

　　对于光线追踪粒子系统的渲染，《战地5》解决方案是将粒子朝向光线，有点类似billboard的思想。

　　而一般方案是维护两个顶层加速结构（Top Level Acceleration Structures， TLAS）：一个用于不透明几何体，一个用于粒子系统。

　　首先用不透明几何体的TLAS发射光线，如果有命中，则存储该长度

　　然后，在粒子系统的TLAS中发射另一条光线，并从不透明的命中长度限制该光线长度

　　然后，便可以相应地混合场景中的粒子系统

　　值得一提的是，另一个技巧是将奇数粒子旋转90度。

　　3.8 实时光线追踪：全局光照

　　光线追踪硬件的新特性可以给全局光照带来各种便利，诸如依靠各种缓存机制（caching mechanisms）在多个帧上累积渲染结果，并提高采样速度。

　　可以将业界主流的基于光线追踪的全局光照分为如下三类：

　　基于面元（Surfels）。Stochastic All The Things： Ray Tracing in Hybrid Real-Time Rendering [Stachowiak 2018]

　　基于网格（Grid）。Experiments with DirectX Raytracing in Remedy’s Northlight Engine [Aalto 2018]

　　基于探针（Probes）。Dynamic Diffuse Global Illumination with Ray-Traced Irradiance Fields [Majercik 2019]

　　3.9 实时光线追踪：剔除

　　因为光线追踪一般是在世界空间中进行的，所以无法使用光栅化方法中比较常用的“视锥剔除（Frustum Culling）”。

　　如果无法将所有对象都放在BVH中，则必须找到一种新的启发式剔除方法。《战地5》的方案是基于投影包围球（Projected Bounding Sphere）[Deligiannis 2019]，不失为一种有效的方法。

　　3.10 实时光线追踪：Texture LOD

　　因为像素四阶导数（pixel quad derivatives）只能用于光栅化，所以光线追踪无法自动进行Texture LOD。

　　目前的主流方案是依赖于光线差分（Ray Differentials）方法，但其对性能有一定的影响。

　　在《光线追踪精粹 （Ray Tracing Gems）》[Akenine-M？ller2019]一书中，有讨论到一种基于光线锥（Ray Cones）的替代技术，其虽有一些可改进的地方，但也算是当前不错的方案。

　　OK，盘点完十个细分领域目前的发展状况，下面接着盘点实时光线追踪业界当前面临的挑战，以及未来的发展方向。

　　肆 · 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

　　在目前的实时光线追踪领域，在1-2 spp（sample per pixel）的情况下，大多数降噪技术通常对于透明渲染、粒子渲染、体积渲染的渲染效果虽说相较于光栅化有进步，但其实也并算不上特别理想。

　　PICA PICA Demo中，虽然采用了具有折射和散射的纹理空间OIT（texture-space OIT）技术，但也并不完美，有改进的空间。

　　对于粒子系统和体积特效而言，采用在miss shader中更新体积/裁剪图、或在hit shader中进行光线步进（Ray marching in hit shaders）、以及进行Non-trivial blending & filtering，都是值得尝试的方向。

（编辑：D游戏网）

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