作者：BENNY HAR-EVEN

導(dǎo)語：不久前，Imaginantion 發(fā)布了光線追蹤等級系統(tǒng)（Ray Tracing Levels System），該系統(tǒng)面向一系列架構(gòu)，不僅是Imagination的PowerVR Ray Tracing，它可以對光線追蹤加速的先進(jìn)功能進(jìn)行等級鑒別，每提升一個等級就表示可以提供更高的性能和更佳的硬件利用率。本文中，您將更清楚地了解光線追蹤等級系統(tǒng)，以及它對游戲的重大意義。

如果你關(guān)注圖形市場，你會注意到，光線追蹤在業(yè)內(nèi)引起了很大的轟動。該技術(shù)是三維場景中渲染光線的新范例，為游戲玩家和開發(fā)人員都提供了諸多好處。

對玩家來說，它在游戲中所實現(xiàn)的光線效果更自然、更貼近真實世界，從而為玩家?guī)砀训恼鎸嵏泻统两?，這是創(chuàng)建真正逼真游戲的關(guān)鍵一步; 對開發(fā)人員來說，它提供了一種更簡單、更高效的照明方式。這是因為反射和陰影等效果（使用傳統(tǒng)柵格化難以模擬）在使用光線追蹤算法時可以更自然地顯示。

當(dāng)然，雖然我們將光線追蹤稱為新事物，但從三維圖形概念來看，它可以追溯到 1968 年，并逐步發(fā)展。而由于近幾年圖像實時渲染所需的計算復(fù)雜性加大，光線追蹤又變得熱門起來。

目前，面向Windows系統(tǒng)桌面級PC的第二代光線追蹤顯卡剛剛上市，實現(xiàn)首次支持光線追蹤效果4K顯示，同時下一代游戲機(jī)也有望具備光線追蹤功能，并于今年年底上市。

光線追蹤引發(fā)如此大的轟動，甚至當(dāng)代游戲主機(jī)也開始行動起來，經(jīng)典游戲《孤島危機(jī)》正在重新制作以使用光線追蹤效果，使其即使在沒有光線追蹤特定硬件支持的較舊顯卡和游戲主機(jī)上也可以運行。

盡管越來越多硬件開始支持光線追蹤，但許多人并沒有意識到，市場上具備光線追蹤功能的硬件并非全都一樣。Imagination Technologies 多年來一直在光線追蹤領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，早在2016 年就發(fā)布一個開發(fā)板，其工作硬件比當(dāng)前市場的解決方案更為復(fù)雜。

為了幫助業(yè)界了解各種解決方案之間的差異，我們創(chuàng)建了光線追蹤等級系統(tǒng)———從 0 級到 5 級。這包括：

• Level 0：傳統(tǒng)解決方案
• Level 1：傳統(tǒng)GPU上的軟件
• Level 2：硬件中的光線/方框和光線/三角形測試器
• Level 3：硬件中的邊界體積層次結(jié)構(gòu)（Bounding Volume Hierarchy，BVH）處理功能
• Level 4：硬件中的BVH處理和一致性排序功能
• Level 5：硬件中帶有場景層次生成器（Scene Hierarchy Generation，SHG）的一致性BVH處理功能

從0級到5級，隨著等級的提升，光線追蹤功能會更加注重效率。不過，市場上有的產(chǎn)品并非都是以效率為基礎(chǔ)。例如，最近發(fā)布的具備第二代光線追蹤功能的桌面級PC，只是簡單通過提供更多光線追蹤處理單元以提高性能，而這需要更大的硅面積和更高的功耗。但是，對于像移動設(shè)備這類需考慮電源限制的產(chǎn)品來說，這樣的方案簡單粗暴，并不是有效選擇。

在游戲主機(jī)上，我們可以看到光線追蹤使用效果的有限展示，這是因為硬件無法高效處理很多復(fù)雜效果。例如，在首發(fā)游戲的演示中，我們看到一個物體投射到地板上的反射光。

但是，一旦該物體被銷毀，反射就會瞬間消失。這是因為無法足夠快地更新場景幾何體，而這需要硬件級的場景層次結(jié)構(gòu)生成器，即對應(yīng)上述的等級5解決方案。同樣地，在一些早期游戲中，我們可以看到單一反彈反射和低分辨率反射的畫面，因為如果沒有硬件級一致性排序的BVH處理（對應(yīng)等級 4 解決方案），這些效果的計算代價過高或是執(zhí)行效率過低。

理解光線追蹤體系結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，而當(dāng)前市場上，對于光線追蹤性能的營銷宣傳越來越強(qiáng)調(diào)性能指標(biāo)。剛開始，每秒10億光線的宣傳點或許會令人印象深刻，但實際上有些蒼白無力。因為這其中會出現(xiàn)因GPU處理資源使用率低而導(dǎo)致的低效，或是由于內(nèi)存訪問模式不一致而導(dǎo)致的內(nèi)存訪問受限。硬件體系結(jié)構(gòu)如何幫助解決這些復(fù)雜的問題在我們的高級版本中有解釋，請查閱以獲取更多信息。

以上就是關(guān)于光線追蹤等級系統(tǒng)的介紹。我們期待SoC 設(shè)計人員能夠讓這種為游戲帶來變革的技術(shù)，可以將低效率、高功耗的硬件轉(zhuǎn)變?yōu)槊娣e和功耗均更優(yōu)的設(shè)備，從而讓移動游戲玩家享受到令人難以置信的、逼真的游戲效果，獲得更佳的沉浸式體驗。

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