为什么移动设备上的光线追踪很重要
光线追踪可实现逼真的光照、反射和阴影，从而提升玩家在 《深渊地下城》 的黑暗奇幻世界中的沉浸感。虽然视觉震撼的图形在手机游戏中至关重要，但实现光线追踪视觉效果等高保真效果一直是一个重大挑战。历史上，移动游戏性能的限制阻碍了高级渲染技术的应用，与 PC 和主机体验相比，视觉质量不得不有所妥协。
Krafton 的《深渊地下城》旨在克服这些限制。目标是将通常保留给高端平台的光线追踪技术集成到 Unreal Engine 5 (UE5) 的移动版本中。这项工作旨在通过在移动设备上提供更逼真、视觉效果更丰富的图形来显著增强玩家沉浸感。团队需要解决性能瓶颈，调整 UE5 的 Lumen 等复杂渲染管道，并确保在各种移动硬件上的稳定性，这标志着向移动游戏带来主机级图形迈出了重要一步。
从光栅化到光线追踪的视觉飞跃
传统光栅化因其速度而在移动渲染中成为标准。它将 3D 对象逐像素投射到 2D 屏幕上。这种方法效率很高，但简化了光线交互，导致阴影和反射不够逼真。
光线追踪提供了一种不同的方法。它模拟光线的实际路径并计算它们与物体的交互。这会创建高度准确和逼真的光照、阴影和反射。然而，这种真实感是以计算强度为代价的。计算每条光线的路径和交互需要大量的处理能力。
光栅化与光线追踪的比较
下表总结了光栅化和光线追踪之间的主要区别
| 特性 | 光栅化 | 光线追踪 |
|---|---|---|
| 速度 | 快 | 慢 |
| 真实感 | 较低 | 较高 |
| 资源使用 | 低 | 高 |
这种资源密集性对移动设备构成了挑战，因为与台式机相比，移动设备的G处理能力有限。这一限制历来阻碍了光线追踪在移动平台上的采用。
Android 光线追踪的选择与实现：一种系统方法
对于在 Android 上使用 Vulkan 实现光线追踪，主要考虑了两种方法：Ray Queries 和 Ray Pipelines。Ray Queries 提供了一种更简单的方法，可以在着色器中手动管理光线，这更易于集成到现有系统中。
然而，Ray Pipelines 提供了一种更具扩展性的解决方案，允许 Vulkan 管理光线遍历和交点。尽管 Ray Queries 在简单场景中最初稍快，但 Ray Pipelines 在更复杂的光线追踪应用中表现出更好的扩展性和性能，使其成为长期开发和复杂视觉需求的更好选择。我们选择平衡初始开发便利性与未来可扩展性和整体性能，重点关注游戏的长期视觉完整性。
针对移动设备适配 UE5 Lumen：一项艰巨的任务
UE5 的 Lumen 是一种实时全局光照和反射系统，彻底改变了游戏环境中的光照。然而，它最初是为高性能 PC 和主机设计的，而非移动设备。Lumen 的复杂性和资源要求对移动集成构成了重大挑战。为 Android 适配 Lumen 需要对 UE5 的渲染管道和着色器编译器进行大量修改，同时优化加速结构 (AS) 以高效管理复杂的场景数据。团队的工作旨在弥合这一差距，使移动设备能够处理 Lumen 复杂的照明计算，而不会牺牲性能或稳定性。这项适配工作也为 Unreal Engine 官方代码库做出了贡献，使更广泛的游戏开发社区受益，并提升了移动渲染能力。
光线追踪阴影和反射：提升视觉真实感
实现光线追踪阴影涉及将光线直接从表面追踪到光源，与传统阴影贴图相比，提供了更高的准确性。该过程包括深度预处理、光线查询阴影、去噪以及集成到光照通道中。通过使用带有抖动效果的单条光线，然后进行去噪，有效地实现了柔和阴影。对于反射，团队实施了一个多阶段过程，包括 G 缓冲区通道、光线追踪反射和命中数据存储、材质 ID 转换、解析通道（构建反射图像）和混合通道（将反射集成到主场景中）。CPU 回读、分块方法、实例批处理和异步 AS 构建等优化显著提高了性能并减少了开销，解决了这些过程在移动设备上的资源密集性问题。
性能影响和优化策略
光线追踪（特别是反射）的性能影响高度依赖于场景。在具有大反射表面的场景中，反射可能会占用帧时间的大部分（30-40%）。优化对于使光线追踪可行至关重要。团队采用了多种技术来减少开销和提高效率：使用基于瓦片的渲染方法来最大程度地减少浪费的处理，批处理相同材质和几何体的实例以减少绘制调用，仅为可见几何体构建加速结构，以及使用异步计算进行 AS 构建。这些策略大幅缩短了处理时间并降低了 GPU 负载，从而使实时光线追踪在移动硬件上成为可能。
延伸阅读
三星 DevTech 团队和 Krafton 的《深渊地下城》项目表明，通过战略性调整和优化，将光线追踪等高端渲染技术引入移动平台是可行的。该团队成功适配了 UE5 的 Lumen 系统，实现了自定义渲染解决方案，并解决了许多技术难题，从而提供了视觉增强的游戏体验。这项努力不仅提升了《深渊地下城》的视觉保真度，还为未来的移动游戏开发提供了宝贵的见解和技术。它凸显了游戏开发者与技术提供商之间合作的力量，以创新和提升移动游戏体验，使其更接近 PC 和主机上的质量。