詳解PowerVR Wizard GR6500架構(gòu)的光線追蹤

Imagination素以移動設(shè)備的芯片IP聞名，如智能手機和平板電腦，并在性能、功率及占用面積方面享有盛譽，且一直保有市場領(lǐng)先地位。為全方位發(fā)展，Imagination開發(fā)了與光線追蹤相關(guān)的IP，而光線追蹤技術(shù)一直被認為是計算機圖形學中的“圣杯”，其使得超寫實光照的開發(fā)更加簡單明了。Imagination的PowerVR Wizard GR6500架構(gòu)是圖形處理單元(GPU)的設(shè)計，集成了有效功能，使SoC制造商在移動設(shè)備內(nèi)提供光線追蹤硬件成為現(xiàn)實。以下是Imagination早前在舊金山2017游戲開發(fā)者大會上展示的視頻。

演示硬件

該演示使用的系統(tǒng)由標準PC組成，包含了一個具有相同硬件的開發(fā)PCI卡，它們將一同集成在移動設(shè)備上。PC運行Ubuntu Linux。在生產(chǎn)中，移動操作系統(tǒng)通常是Android。

在視頻中，我們也展示了硬件如何被第三方游戲引擎使用。游戲引擎是一個中間件，位于圖形設(shè)備驅(qū)動程序上，可以為個體游戲的美工和可玩性提供一個平臺。許多不同的商業(yè)游戲?qū)⑹褂孟嗤挠螒蛞?。在我們的示例中，我們使用的第三方游戲引擎?Unreal Engine 4,用于許多AAA游戲，如Gear of War 4和最近的Final Fantasy。

此外，我們展示了Vulkan圖形API的使用。圖形API是一個標準的介于圖形軟件和設(shè)備驅(qū)動程序之間的接口。Vulkan API是一個相對較新的標準，使性能關(guān)鍵型應用程序有更多低級控制的資源。該標準是由Khronos Group開發(fā)，Imagination Technologies也參與其中。

視頻詳述

最初，視頻展示了Unreal Engine 4運行Sun Temple的示例。這里，引擎使用Vulkan API后端與設(shè)備驅(qū)動程序交互，進而控制PowerVR Wizard GPU。

為了展示硬件光線跟蹤的功能，我們還運行了一個基于Unreal Engine標準桌椅教程的場景。我們添加了一些對象到場景中，以此展示光線追蹤的優(yōu)勢。

最初，桌椅項目在標準(光柵)模式下運行，使用的是通常用于移動設(shè)備的Unreal Engine著色器。這段視頻展示了我們?nèi)绾问褂脽徭I在普通光柵模式和光線追蹤模式之間進行切換。在光線追蹤模式下，可以在鏡子、桌面和地面上看到真實的反射。有了常規(guī)的著色器，反射通常都是在主渲染中應用預渲染，有時也可以通過讀取場景的其他部分來實現(xiàn)。除了特殊情況，這些反射都不是很準確。光線追蹤則允許單一渲染中完全準確的反射。

逼真的折射

同樣，你可以看到桌面花瓶的精確折射。相比之下，普通的著色器只是扭曲了現(xiàn)有的渲染。然而，這樣的屏幕空間技巧，無論是反射還是折射，都不能顯示任何不可視的對象。光線追蹤則提供了精確、準確、真實的反射，即使是在一個扭曲的反射表面，如演示中的兩面鏡子。

陰影

光線追蹤也可以通過從表面向光源發(fā)射光線來實現(xiàn)陰影。規(guī)則的著色器會使用每個光線的陰影貼圖，但這些都需要一個預渲染。

視頻中演示的光線追蹤著色器是由Unreal Engine生成，就像它為常規(guī)渲染生成陰影一樣。我們對Unreal Engine 4做了稍許改動，以生成著色器。但大多數(shù)材料屬性的代碼沒有改動。這兩種類型的著色器都使用了Vulkan API，其光線追蹤著色器均根據(jù)需求使用了一組特定的擴展。

光線追蹤的另一個優(yōu)勢是相機鏡頭和投影的靈活性。演示場景中展示的所有內(nèi)容都是光線追蹤的結(jié)果，包括從相機位置到第一個對象的光線。這些初始光線是由一個透鏡著色器生成——可編程的功能在常規(guī)光柵渲染中不可用。

透鏡著色器被用于幀緩沖的每一個像素，允許任意的鏡頭特征。

360°視頻

視頻演示的最后一部分展示了這種靈活性。它展示了所謂360°視頻的生成，在這個過程中，可以在單一的幀中顯示全球面的視圖。這些視頻都是實景和電腦圖形制作而成。它們可以通過VR頭盔或在線播放器觀看，讓您的視線可以在球面周圍平移。最后一部分展示了等量矩形投影渲染的桌椅對象。整個球形視圖被映射到平面渲染的矩形上，在直接查看時將生成一個相當奇怪的圖像。然而，當通過YouTube的VR觀看時，它會顯示為一個較小的片段，觀眾可以在其中進行互動。

總之，Imagination Technologies的PowerVR Wizard架構(gòu)從物理上提供了正確的反射、折射和陰影，且在移動設(shè)備中使用時功耗很低。我們可以利用光線追蹤的靈活性，在單個渲染層中對虛擬現(xiàn)實進行著色，而不是多個渲染層所需的常規(guī)的基于光柵的渲染。它還完全支持用于標準渲染和光線跟蹤的Vulkan API(對API有適當?shù)臄U展)。

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虛幻引擎及光線追蹤帶來的啟示

本篇文章的題目采用的是“啟示”而不是“變革”，這是因為移動端的游戲引擎依然在遵循自己的策略慢慢地實現(xiàn)全局光線追蹤。移動端游戲社區(qū)都想實現(xiàn)光線追蹤，但是存在不可抗力的原因：硬件的性能不夠，不能滿足幀率的要求。因此，Imagination一直在致力優(yōu)化移動端，并推出了PowerVR光線追蹤硬件IP核。

2017-04-06 10:18:11

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PowerVR光線追蹤在Unity 5中提供交互式光照貼圖編輯

去年，我們推出了一系列PowerVR光線追蹤的演示，其設(shè)計旨在顯著改善實時和離線渲染的美感。其中，有一個不錯的案例是將交互光照貼圖功能嵌入在即將發(fā)布的 Unity 5升級版中。盡管

2017-04-14 11:37:26

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光線追蹤算法匯總

在基本光線追蹤算法中，只追蹤有限數(shù)目的光線。

2018-05-11 15:58:57

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AMD下一代GPU會不會支持光線追蹤

NVIDIA今年推出的圖靈架構(gòu)率先支持了實時光線追蹤，以致于老黃宣稱圖靈架構(gòu)是統(tǒng)一渲染架構(gòu)以來最大的一次架構(gòu)升級。NVIDIA現(xiàn)在有RTX 2080 Ti/2080/2070三款顯卡支持RTX光線追蹤技術(shù)，AMD那邊又會如何回應呢？

2018-11-13 10:35:53

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