遇见RT——实时光线追踪带来的手游体验革命

光线追踪技术介绍

实时光线追踪技术随着Nvidia在2018年初推出RTX解决方案而在业界引起了广泛的关注，光线追踪是一种渲染过程，通过模拟真实世界中光线的传播进行图像的渲染，多用于影视制作。优势在于，可渲染出逼真的图像，达到照片级的真实感。

下图是两个不同版本的电影截图，可以看到老版本电影的特效很虚假，五毛钱特效的既视感。在新版本电影中，不易辨别特效和实拍场景。好莱坞在制作电影过程中加入了光线追踪技术，电影画面越来越逼真绚丽。那光线追踪的劣势是什么呢？开销大，相比其他图像渲染技术（如光栅化），渲染过程计算量大。

在一台手机上，用33ms去渲染一帧1080P的图像，可能实现吗？听上去是天方夜谭，但是华为已经实现了这个目标。

遇见移动端实时光线追踪

简单介绍下《遇见逆水寒》这款游戏。它是网易首款唯美古风恋爱手游，以北宋汴京为故事背景，故事跨越时空，情节精彩动人，讲述了一段段感人至深的爱情故事。这款游戏的玩家以女性为主，怎么才能够满足女性玩家的需求呢？

在项目的开发过程中，希望在游戏中打造一个试衣间场景，供女性玩家更换衣服，更换衣服要用到镜子。在移动端实时的镜面反射，是一个目前并没有完全攻克的难题。当前镜面反射的技术有SSR技术、光栅化的镜面反射技术。SSR技术是一种屏幕空间的反射技术，首先带宽消耗很高，它的反射并不精致、清晰。光栅化的镜面反射技术也具有局限性，反射出来的画面也会有不精致、很模糊情况。还有这些技术都面临一个很大的问题，无法做到画质和功耗的平衡。

基于这些问题，网易和华为在此领域深度合作，在业界首次实现了手机游戏实时光线追踪技术。有了华为的实时RT技术，就可得到清晰的反射，做到画质和功耗的平衡。

画质效果的对比。在阴影方面，光栅化的结果和光线追踪的结果有什么不一样？众所周知，光栅化的阴影存在一些问题，这些问题在光线追踪的框架下是看不到的。光线追踪的阴影可以做到真正的软阴影，即阴影能够完成由锐利到模糊的一个过渡，这是在光栅化的框架下做不到的。在反射方面，光栅化和光线追踪同样对比明显，光线追踪的反射可以完美做到物理正确反射，在反射近处的物体时更清晰，在反射远处的物体时更模糊。把摄像机拉远，在全场景效果对比方面，光栅化与光线追踪也不在一个层次上。

性能开销的对比。首先是在场景中，只存在一个反射面的情况下，光线追踪反射单帧功耗可以做到15.84mA/帧，光栅化反射是19.04mA/帧，差距不是特别明显。当场景中存在多个反射面时，光线追踪反射单帧功耗是19.7mA/帧，而光栅化反射猛然增到63.43mA/帧。从这里可以得到一个结论，只有一个反射面时，光线追踪反射优于光栅化反射，当场景有多个反射面，光线追踪反射性能大大优于光栅化反射。有多个反射面时，只有光线追踪技术能够在手机上维持功耗，控制手机不会发热发烫。

场景和角色针对光线追踪的优化

在《遇见逆水寒》游戏中，对光线追踪技术做了一些优化。首先是软阴影的优化，控制屏幕上软阴影所占的像素面积，阴影面积越大，功耗越大。在场景中尽量的保持只使用一盏可投射软阴影的灯光。软影的遮挡体面数尽可能少。同时可以使用低模投射阴影，使用高模进行渲染。分享一个优化的小技巧，当我们渲染真正的模型时用一个高模，渲染阴影时选用一个低模，这样阴影渲染的时候，并不会去占用太多的开销。同时视觉效果看上去也不会差很多。

下面是一组对比数据，当画面上存在着大面积软阴影的时候，单帧功耗是26.17mA/帧。当通过控制镜头和灯光减少软阴影面积，单帧功耗是16.5mA/帧。通过控制阴影面积有效降低功耗。

在反射优化方面，反射面越大，功耗越大，延续阴影优化的思路，控制屏幕上反射面所占的像素面积，反射面中看到的场景可降低一个LOD等级，尽量不使用曲面进行反射，尽量少使用Glossy反射。

下面是一组对比数据，当使用同一个场景，同一个镜头，但是反射面使用不同的Glossy值时，功耗对比情况。可以得出结论，当Glossy值越高，越接近镜面反射，功耗是越低的。

光线追踪技术在移动端的更多应用

光线追踪技术除了渲染优势，其他方面能做到什么程度呢？目前声音模拟的发展趋势类似于光线追踪，通过发射射线在场景中去碰撞，去模拟音波的传输，可以利用光线追踪的技术框架去模拟声音。在游戏设计上，不仅通过视觉，还可以通过听觉发现敌人的方位。在冒险游戏中，通过声音去找到最终的出口。光线追踪还可以加速物理计算，做到快速的可见性检测及快速的寻路。那么一些物理游戏有登录手机端的可能。

光线追踪技术对未来移动端游戏的影响：

• 游戏画面更加逼真，具有更好的沉浸性；
• 增强VR/AR游戏代入感；
• 使用实时过场动画代替CG，统一游戏的制作流程。

RT特性使用说明

实时光线追踪在手游端的首次实现，可以说是整个图形处理领域的里程碑事件，同时游戏厂商也多了一条体验提升的途径。希望未来能够有更多的游戏厂家合作加入，带给用户更加极致的视觉体验。

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