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基础篇 | 光追01 | UE中光线追踪的使用技巧及优化

墨白 - Moonbeam 2023-04-11 原文

1、光追是什么

  • 基本概念

    • 屏幕的每个像素往场景发出射线，碰撞到场景物体后，会展示出不同的颜色，然后对应调整该像素的颜色表现。

    • BVH算法，让光追效率极大增强；（检测碰撞三角面 → 检测碰撞模型包围盒）

  • 光追与光栅化的区别

光追光栅化
从像素和射线开始；从物体和三角面开始；
渲染慢，但真实；渲染块，但不够真实；
真实的物理灯光；使用一些技巧来模拟灯光行为；
开启简单；需要一些开发尝试来达到真实效果；

2、混合渲染

  • 基本概念

    • 因为光追很昂贵，所以我们会在需要的地方使用光追。

  • 应用

    • 漫射（Diffuse light）：我们会用光栅化实现；

    • 反射：模糊表面的反射使用光栅化，光滑表面反射使用光追；

    • 环境遮蔽（AO）：看情况选择SSAO，或者光追；

    • 阴影：核心灯光的阴影选择使用光追；

    • 全局光（GI）：消耗很高，使用时，考虑关闭其他光追；

3、光追的使用

1）场景基础设置

  • 项目设置

    • 打开光追与贴图LOD；

    • 平台中设置为DirectX 12；

  • 设置成功后重启引擎

    • 会在右上角看到图形计算切换到了DirectX 12；

    • 显示中多出光追Dug的分栏；

2）环境遮蔽-AO

  • 概念

    • 一种计算环境光是否被周围物体遮挡的算法；

  • 两种方案

    • 光追AO

      • 屏幕射线与模型表面碰撞，能计算出真实的遮挡关系；

    • 光栅化AO：SSAO

      • 基于现成的深度数据，运算快；

      • 最大弊端是无法区分前景和背景，物体被遮挡时，背景物体会被剔除，这部分的AO会被忽略；

  • AO的开启与设置

    • 红框启用时，使用光追AO。非启用时，使用SSAO；

    • 逐像素是AO的精度；半径是光追射线的长度；这两个值都直接影响性能；

3）反射-Reflection

  • 三种方案

    • 光追反射

      • 表面越粗糙，反射喇叭口越大，消耗越大；

    • 屏幕空间反射：属于图像的后期处理

      • 无法识别屏幕以外的物体，所以画面边界和一些特殊的地方会失真；

      • 反射距离也会受画面距离影响，局限大；

    • 反射探针

      • 环境捕获或者HDR贴图；

  • 反射的开启与设置

    • 反射中选择类型；

    • 最大粗糙度：超过数值的表面使用SSR，这个阈值对性能影响大，推荐值0.2；

    • 最大反弹次数：反射的反射，次数越多，性能消耗越大；

    • 逐像素：控制精度，影响性能；

    • 阴影设置和半透物体设置，同样影响性能，按需开启；

4）阴影-Shadow

  • 两种方案

    • 光追阴影：会匹配光源的半径，出现真实的虚影；

    • 光栅化阴影：用的是瀑布流的阴影贴图（Shadow map）

  • 开启与设置

    • 给主光源开启光追阴影

    • 光追阴影的采样精度

5）全局光-GI

  • 两种方案

    • 光追GI：环境物体散射真实的次级光；

    • 光栅化GI：用构建+光照贴图的方式；

  • 开启与设置

    • 类型中选择是否开启；

    • 反弹次数和逐像素对精度影响都很大；

6）半透-Translucent

  • 两种方案

    • 光追半透：产生真实的反射和折射；

    • 光栅化半透：配合SSR或反射探针使用；

  • 开启与设置

    • 场景无透射时，选择光栅化，能节省几帧性能

  • 半透材质

    • 使用光栅化时，通常会有排序纹理，最好关闭双面；

    • 折射率的计算（近似值）：空气到玻璃，为两者折射率相除；

    • 材质事例

4、性能优化

1）材质上的优化

  • 原理：光追时，关闭反射中的一些的材质运算，来增加运行性能；

  • 核心节点：RayTracingQualitySwitchReplace

    • Normal：正常渲染时，shader调用的数据；

    • RayTraced：光追反射中，shader调用的数据；

2）全局指令优化

  • 指令1：r.RayTracing.Reflections.TestPathRoughness 1

    • 原理：光追测试的反射度阈值，阈值为1时，测试都用SSR；

  • 指令2：r.RayTracing.Reflections.MaxRayDistance 100

    • 原理：射线的最远距离，默认为-1（无限远）。降低时，性能提高，反射会不完全；

  • 指令3：r.RayTracing.Reflections.ScreenPercentage 50

    • 原理：设置反射的分辨率百分比。降低时，性能提升，反射会产生抖动；

  • 指令4：r.RayTracing.Reflections.Hybrid 1

    • 原理：打开反射的混合算法。打开时，性能提升，第二次反射开始会用SSR代替光追反射；

  • 指令5：r.RayTracing.Reflections.ReflectionCaptures 1

    • 原理：光追反射的基础上叠加探针反射。打开时，可以把所有反射都设置为1次，原本2次以上的黑暗区域会被探针反射替代。

3）全局光GI优化

  • 模式从“强力”改成“最终聚集”

  • 降低天光的采样精度

  • 指令：r.RayTracing.GlobalIllumination.NextEventEstimationSamples 1

    • 原理：采样次数降低

4）GPU查看器-visualizer

  • 快捷键：Ctrl+Shift+

  • 官方网页

  • 界面及操作

  • 点击时，会定位到这个块的消耗

使用技巧光线ltgtquot

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