光线追踪等级系统的介绍

　　不久前，Imaginantion 发布了光线追踪等级系统（Ray Tracing Levels System），该系统面向一系列架构，不仅是Imagination的PowerVR Ray Tracing，它可以对光线追踪加速的先进功能进行等级鉴别，每提升一个等级就表示可以提供更高的性能和更佳的硬件利用率。本文中，您将更清楚地了解光线追踪等级系统，以及它对游戏的重大意义。
　　如果你关注图形市场，你会注意到，光线追踪在业内引起了很大的轰动。该技术是三维场景中渲染光线的新范例，为游戏玩家和开发人员都提供了诸多好处。
　　对玩家来说，它在游戏中所实现的光线效果更自然、更贴近真实世界，从而为玩家带来更佳的真实感和沉浸感，这是创建真正逼真游戏的关键一步; 对开发人员来说，它提供了一种更简单、更高效的照明方式。这是因为反射和阴影等效果（使用传统栅格化难以模拟）在使用光线追踪算法时可以更自然地显示。
　　当然，虽然我们将光线追踪称为新事物，但从三维图形概念来看，它可以追溯到 1968 年，并逐步发展。而由于近几年图像实时渲染所需的计算复杂性加大，光线追踪又变得热门起来。
　　目前，面向Windows系统桌面级PC的第二代光线追踪显卡刚刚上市，实现首次支持光线追踪效果4K显示，同时下一代游戏机也有望具备光线追踪功能，并于今年年底上市。
　　光线追踪引发如此大的轰动，甚至当代游戏主机也开始行动起来，经典游戏《孤岛危机》正在重新制作以使用光线追踪效果，使其即使在没有光线追踪特定硬件支持的较旧显卡和游戏主机上也可以运行。
　　尽管越来越多硬件开始支持光线追踪，但许多人并没有意识到，市场上具备光线追踪功能的硬件并非全都一样。Imagination Technologies 多年来一直在光线追踪领域处于领先地位，早在2016 年就发布一个开发板，其工作硬件比当前市场的解决方案更为复杂。
　　为了帮助业界了解各种解决方案之间的差异，我们创建了光线追踪等级系统——从 0 级到 5 级。这包括：
　　Level 0：传统解决方案
　　Level 1：传统GPU上的软件
　　Level 2：硬件中的光线/方框和光线/三角形测试器
　　Level 3：硬件中的边界体积层次结构（Bounding Volume Hierarchy，BVH）处理功能
　　Level 4：硬件中的BVH处理和一致性排序功能
　　Level 5：硬件中带有场景层次生成器（Scene Hierarchy Generation，SHG）的一致性BVH处理功能
　　从0级到5级，随着等级的提升，光线追踪功能会更加注重效率。不过，市场上有的产品并非都是以效率为基础。例如，最近发布的具备第二代光线追踪功能的桌面级PC，只是简单通过提供更多光线追踪处理单元以提高性能，而这需要更大的硅面积和更高的功耗。但是，对于像移动设备这类需考虑电源限制的产品来说，这样的方案简单粗暴，并不是有效选择。
　　
　　在等级4光线追踪硬件上，可以每秒60帧的速率生成逼真的动态阴影图像。
　　在游戏主机上，我们可以看到光线追踪使用效果的有限展示，这是因为硬件无法高效处理很多复杂效果。例如，在首发游戏的演示中，我们看到一个物体投射到地板上的反射光。
　　但是，一旦该物体被销毁，反射就会瞬间消失。这是因为无法足够快地更新场景几何体，而这需要硬件级的场景层次结构生成器，即对应上述的等级5解决方案。同样地，在一些早期游戏中，我们可以看到单一反弹反射和低分辨率反射的画面，因为如果没有硬件级一致性排序的BVH处理（对应等级 4 解决方案），这些效果的计算代价过高或是执行效率过低。
　　理解光线追踪体系结构至关重要，而当前市场上，对于光线追踪性能的营销宣传越来越强调性能指标。刚开始，每秒10亿光线的宣传点或许会令人印象深刻，但实际上有些苍白无力。因为这其中会出现因GPU处理资源使用率低而导致的低效，或是由于内存访问模式不一致而导致的内存访问受限。硬件体系结构如何帮助解决这些复杂的问题在我们的高级版本中有解释，请查阅以获取更多信息。