这一年，秘密开发了多年的实时光线追踪技术终于在GDC 2018上揭开面纱，进入大众视野，并引起广泛轰动。 这一年，微软宣布了DirectX Ray Tracing，DXR的问世；NVIDIA、ILMxLAB、UE4联合发布了基于实时光线追踪的具有电影级视觉效果的《星球大战》短片；NVIDIA发布了RTX Technology Demo以及Project Sol Cinematic Demo Part 1；EA SEED团队带来了PICA PICA实时光线追踪Demo；Remedy的Northlight引擎也带来了Ray Tracing in North Light Demo；Futuremark团队也发布了非常赞的DirectX Raytracing Tech Demo。也是这一年，NVIDIA宣布了可加速硬件中光线追踪速度的新架构Turing，以及搭载实时光线追踪技术的RTX系列显卡。同样是这一年，第一款搭载RTX实时混合光线追踪技术的游戏《战地5（Battlefield V）》正式面世，基于EA的Frostbite引擎，带来了出色的混合光线追踪反射（Hybrid Ray-Traced Reflections）渲染表现。
这边放一个UE4、NVIDIA、保时捷合作的实时光线追踪保时捷911超跑概念车渲染视频“The Speed of Light”：
2.2 Unity引擎：Unity 2019.3正式支持实时光线追踪特性
随后，Unity引擎也宣布对混合实时光线追踪（Hybrid Real-Time Ray Tracing）的支持，并在Unity 2019.3中正式发布。Unity Ray Tracing的Key Feature可以总结为：
光线追踪环境光遮蔽 Ray-Traced Ambient Occlusion
光线追踪接触阴影 Ray-Traced Contact Shadows
光线追踪全局光照 Ray-Traced Global Illumination
光线追踪反射Ray-Traced Reflections
光线追踪阴影Ray-Traced Shadows
递归光线追踪Recursive Ray Tracing
Unity引擎2019年3月发布的《Reality vs illusion: Unity real-time ray tracing》Demo中，将CG汽车与现实世界的汽车同时放在画面中。对比起来，已经很难辨别CG和现实。
2.3 3A游戏：部分产品已加入实时光线追踪技术
到目前为止，不少3A游戏已经加入了实时光线追踪技术，包括《战地5（Battlefield V）》、《使命召唤：现代战争（Call of Duty: Modern Warfare）》、《地铁:离去（Metro Exodus）》、《古墓丽影:暗影(Shadow of the Tomb Raider)》、《雷神之锤2 RTX版 （Quake II RTX）》、《德军总部：新血脉（Wolfenstein: Youngblood）》等。
未来将发布的更多的大作，也将具有实时光线追踪特性，比如《看门狗：军团 Watch Dogs Legion》、《赛博朋克2077（Cyberpunk 2077）》等。甚至Minecraft都将发布RTX版：这边有一个当前所有支持RTX的所有游戏的List（统计自2019.10月）：digitaltrends.com/compu 也放一个NVIDIA出品的Project Sol Part 3实时光线追踪渲染的电影短片：
总之，实时光线追踪技术刚刚开始进入游戏产品，未来将有更广泛的普及。
2.4 主机平台：Play Station 5和Xbox Scarlett都将支持实时光线追踪
当然，两个主要主机制造商的下一代产品，索尼的Play Station 5和微软的Xbox Scarlett，都宣布了对实时光线追踪技术的支持。
Microsoft: E3 2019 Keynote：youtube.com/watch?
SONY: What to Expect From SONY’s Next-Gen PlayStation ：wired.com/story/exclusi
OK，讲了那么多产品级的应用，下面开始正篇吧，实时光线追踪技术当前业界的发展近况，即 State-of-the-Art Real-Time Ray Tracing Technology。
直接阴影阶段（光线追踪或光栅化）Direct shadows (ray trace or rasterization)
光照阶段（计算着色器+光线追踪）Lighting (compute + ray trace)
反射阶段（光线追踪或计算着色器）Reflections(ray trace or compute)
全局光照阶段（计算着色器+光线追踪）Global Illumination (compute and ray trace)
环境光遮蔽阶段（光线追踪或计算着色器） Ambient occlusion (ray trace or compute)
透明与半透明渲染阶段（光线追踪+计算着色器）Transparency & Translucency (ray trace and compute)
后处理阶段（计算着色器）Post processing (compute)
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3.2 实时光线追踪：反射渲染
众所周知，《战地5》具有非常赞的实时光线追踪反射渲染表现。而业界当前进行实时光线追踪反射的主流思路是，每像素需要多于1条光线才能完全表达基于物理的渲染管线可描述的从粗糙到光滑的材质范围。对于多层材质来说，则会更加复杂。下图是实时光线追踪反射渲染管线（Real Time Ray Tracing Reflection Pipeline）的图示：根据上图，可以将混合光线追踪反射管线的渲染步骤总结为如下六步：
阴影渲染显然是光线追踪另一个出彩的领域。上图是基于UE4实时光线追踪渲染的场景，其展示了出色的实时光线追踪阴影表现如何让画面更加真实。 Ray Tracing Shadow 实现起来并不太复杂。基本思想是向光源发射光线（launch a ray towards the light），如果光线未命中，则不处于阴影中。而与硬阴影(Hard shadows)相比，软阴影(soft shadows)可以更好地传达物体的真实感，更加Ground Truth。软阴影(soft shadows)可以通过在朝向光的圆锥中按随机方向进行采样并将其视为区域光一样对待来实现。锥角（cone angle）越宽，阴影越柔和，但噪点越大，因此我们必须对其进行过滤（filtering）。也可以发射多条光线，但仍需要进行一些过滤操作。
3.4.1 解析直接光照+随机阴影
在基于物理的渲染领域颇有建树的学术大牛Eric Heitz加入Unity后，在Ray Tracing Shadow领域又有了新的突破性进展。 Eric Heitz于2018年提出了一种结合了解析直接光照（analytic direct illumination）和随机阴影（stochastic shadows）的新方法[13]）。在paper中，他们提出了一种比率估计器（ratio estimator），该比率估计器可以将解析光照技术（analytic illumination techniques）与随机光线追踪阴影（stochastic raytraced shadows）正确组合。通过将阴影光照分为两个部分——解析部分（analytical part）和随机部分（stochastic part），他们的方法演示了如何通过随机光线追踪在图像的阴影区域部分获得清晰和无噪声，且解析和视觉上逼真的阴影。 而仅在需要时进行随机求解的优点是，最终结果仅在阴影中有噪声，而其余部分则通过解析进行处理。该项技术还将阴影与光照分开，因此可以保留高频阴影细节。真的是很赞。
3.4.2 透明阴影渲染
在实时渲染领域，透明渲染一直都是难题，但是通过光线追踪，可以找到一些新的替代方法。 在SEED提供的Demo中，在对透明表面阴影进行渲染时，他们用递归光线追踪（recursive ray tracing）方法来替换常规的阴影光线追踪方法。当光穿过介质时，会成倍地进行积累吸收。并进行薄膜近似（thin film approximation），假设所有颜色都在表面上，以得到更好的性能。同时，就像不透明阴影渲染一样，使用类似的SVGF启发式过滤器对其进行过滤，可以让透明阴影也变得柔和。上图左侧为未过滤的结果，右侧为已过滤的结果。同样，也能实现类似笔的墨水管的阴影从塑料外壳中传播出的光线的阴影渲染。
Dynamic Many-Light Sampling for Real-Time Ray Tracing [Moreau 2019]
Stochastic Lightcuts [Yuksel 2019]
其中，《Dynamic Many-Light Sampling for Real-Time Ray Tracing》描述了一种基于两层BVH的分层光源采样数据结构，该结构能够从10，000个发射三角形进行交互式直接光照。这使得未来的实时场景可以只用自发光网格（emissive meshes）来进行光照，非常赞。
首先，实时光线追踪进行全局光照，会遇到即使在离线渲染中也存在的开放性问题。比如离线渲染中暂未解决的过高的方差，小孔全局光照（Pinhole GI）等问题，在实时光线追踪领域目前同样是无法解决。 而且离线渲染方案中的许多解决方案，不一定都可以运用到实时渲染中。对于实时光线追踪，目前而言必须借助缓存技术摊销着色成本来达以交互速率进行渲染的性能要求。而在PICA PICA Demo中，基于面元缓存GI（caching of GI via surfels）的方案，也存在仅能从看到的内容生成面元的限制。 同样，业界也需要解决在不借助任何前期参数化行为的前提下，对用户生成的内容进行稳定的实时光线追踪全局光照的问题。 所以基于实时光线追踪技术的全局光照，目前仍然有很多探索空间。
就未来的光线追踪研究而言，如果涉及到各类光线追踪的技术文献的使用和改进，须对文献的基础约束进行调整，以适应实时渲染的约束，而不仅仅是“正确的光线追踪”。主要的要点在于制定合理的实时渲染预算以及善用光照传输缓存（Light Transport Caches） 技术。 另外，未来实时光线追踪的一个大方向大概率是对纹理空间技术（texture space techniques）和可变速率光线追踪（variable rate ray tracing）的探索。如缓存材质（Caching of material）和局部解（partial solutions），以及BRDF拆分（Split the BRDF）。 而在 高效采样和积分策略（efficient sampling and integration strategies） 以及 重建（reconstruction）方面，业界也还有很多事情需要去完成。
评论列表（4条）
一次解决一个问题
实时光线追踪啊
这篇得收藏，用到了
机器越来越好了。