超逼真渲染！虚幻引擎技术大牛解读全局光照系统Lumen
发布时间：2022-08-26 11:21:37 所属栏目：大数据 来源：互联网
导读：实时全局光照（Real-time GI）一直是计算机图形学的圣杯。 多年来，业界也提出多种方法来解决这个问题。 常用的方法包通过利用某些假设来约束问题域，比如静态几何，粗糙的场景表示或者追踪粗糙探针，以及在两者之间插值照明。 在虚幻引擎中，全局光照和反射
|
实时全局光照（Real-time GI）一直是计算机图形学的圣杯。 多年来，业界也提出多种方法来解决这个问题。 常用的方法包通过利用某些假设来约束问题域，比如静态几何，粗糙的场景表示或者追踪粗糙探针，以及在两者之间插值照明。 在虚幻引擎中，全局光照和反射系统Lumen这一技术便是由Krzysztof Narkowicz和Daniel Wright一起创立的。 目标是构建一个与前人不同的方案，能够实现统一照明，以及类似烘烤一样的照明质量。 近期，在SIGGRAPH 2022上，Krzysztof Narkowicz和团队讲述了他们构建Lumen技术之旅。 软件光线追踪——高度场 当前的硬件光线追踪缺少强大的GPU算力支持。我们不知道硬件光线追踪速度有多快，甚至不知道新一代控制台是否支持它。 因此，软件光线追踪方法运用而出。事实证明，它确实是一个非常好用的工具，可以用于缩放或支持有大量重叠实例的场景。 软件光线追踪提供了一种可能性，那便是可以使用各种各样的追踪结构，比如三角形、距离场（distance fields）、面元（surfels），或者高度场（heightfields）。 在此，Krzysztof Narkowicz放弃了研究三角形，简要研究了面元，但是对于那些需要相当高密度才能表示的几何图形，对其进行更新或追踪面元是相当昂贵的。 经过初步探索，高度场是最合适的，因其能够很好地映射到硬件中，并提供表面表示和简单的连续 LOD。 因为我们可以使用所有的POM算法，比如最小-最大四叉树，因此它的追踪速度是非常快的。 此外，多个高度场可以表示复杂几何，类似于栅格化边界卷层次结构。 若将其视为面元的加速结构也非常有趣，一个单独的texel就是一个受限于常规网格的面元。 除了高度场，Lumen还有其他属性，如反照率或照明，这样就能够计算出每次的照明。 在Lumen中，开发者将这张带有表面数据的完整贴花式投影命名为卡（Cards），即捕获位置。 栅格化的三角形 Raymarched cards光线步进卡（高度场） 对于场景中的每一张卡来说，进行光线步进太慢。因此需要一种卡的加速结构，开发者选择了一个4节点的BVH。它是为一个完整的场景构建的，每一帧都在 CPU 上，并上传到 GPU。 然后在追踪着色器中，我们将进行基于堆栈的遍历，并对节点进行动态排序，以便首先遍历最接近的节点。 BVH 调试视图 捕获位置 这里最棘手的部分是如何放置高度场，以便捕捉整个网格。Krzysztof Narkowicz称，「其中一个想法是基于GPU的全局距离场。每一帧我们都会追踪一小组主射线来寻找没有被卡覆盖的射线。 接下来，对于每一个未发现的射线，我们将使用表面梯度遍历全局距离场，以确定一个最佳的卡方向和范围，从而产生一个新的卡。 全局距离场的捕获位置 一方面，它被证实可以为整个合并场景生成卡，而不必为每个网格去生成卡。另一方面，事实证明它在实践中相当挑剔，因为每次相机移动时都会产生不同的结果。 另一个想法就是把每个网格的卡作为一个网格导入步骤。通过构建几何学的 BVH 来做到这一点，其中每个节点将被转换为 N 张卡。 如下： 栅格化的三角形 光线步进卡(高场) 卡位置视图 这一方法在在寻找一个好的位置时遇到了问题，因为BVH节点并不是放置卡的好代理。 那么，研究人员又提出了另一个想法：遵循紫外线展开技术，并尝试聚类表面元素。 因为要处理数百万个由Nanite提供的多边形，因此他们将三角形换成面元。 同时，他们还切换到了一个较少的约束自由导向卡，以尝试与表面匹配更好。 （编辑：钦州站长网） 【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! |
