在 Krafton Abyss of Dungeons 中实现光线追踪

移动设备上光线追踪的重要性

光线追踪可实现逼真的光照、反射和阴影，让玩家在 Abyss of Dungeons 的黑暗幻想世界中获得更深层次的沉浸感。虽然在移动游戏中，视觉效果出色的图形至关重要，但实现光线追踪视觉效果等高保真效果一直是一项重大挑战。从历史上看，移动游戏性能限制了高级渲染技术的使用，因此与 PC 和游戏机体验相比，移动游戏的视觉质量不得不有所妥协。

Krafton 的《Abyss of Dungeons》旨在克服这些限制。我们的目标是将光线追踪技术（通常仅适用于高端平台）集成到 Unreal Engine 5 (UE5) 的移动版本中。此举旨在通过在移动设备上提供更逼真、视觉效果更丰富的图形，显著提升玩家沉浸感。该团队需要解决性能瓶颈问题，适应 UE5 的 Lumen 等复杂的渲染流水线，并确保在各种移动硬件上保持稳定性，这标志着他们朝着将游戏机级图形引入移动游戏迈出了重要一步。

从光栅化到光线追踪的视觉飞跃

传统光栅化因其速度而成为移动渲染的标准。它会逐个像素将 3D 对象投影到 2D 屏幕上。这种方法虽然高效，但会简化光照互动，导致阴影和反射效果不太逼真。

光线追踪提供了一种不同的方法。它会模拟光线的实际路径，并计算光线与物体的相互作用。这样可以创建高度准确且逼真的光照、阴影和反射效果。不过，这种逼真效果需要付出计算密集的代价。计算每条光线的路径和互动需要大量的处理能力。

比较光栅化和光线追踪

下表总结了光栅化和光线追踪之间的主要区别：

功能	光栅化	光线追踪
速度	快速	慢
写实性	较低	较高
资源使用	低	高

这种资源密集型架构对移动设备来说是一个挑战，因为与桌面设备相比，移动设备的处理能力有限。这一限制一直以来都阻碍着移动平台采用光线追踪。

在 Android 上选择和实现光线追踪：一种系统的方法

在 Android 上使用 Vulkan 实现光线追踪时，我们考虑了两种主要方法：光线查询和光线管道。光线查询提供了一种更简单的方法，可在着色器中进行手动光线管理，从而更轻松地集成到现有系统中。

不过，光线流水线提供了更可扩缩的解决方案，让 Vulkan 能够管理光线遍历和相交。虽然光线查询在简单场景中的初始速度略快，但光线管道在更复杂的光线追踪应用中表现出更好的可伸缩性和性能，因此对于长期开发和复杂的视觉需求，光线管道是更好的选择。我们选择在初始开发易用性与未来可扩展性和整体性能之间取得平衡，重点关注游戏的长期视觉完整性。

将 UE5 Lumen 适用于移动设备：一项艰巨的任务

UE5 的 Lumen 是一款实时全局光照和反射系统，彻底改变了游戏环境中的光照。不过，它最初是为高性能 PC 和游戏机设计的，而不是移动设备。Lumen 的复杂性和资源要求对移动集成构成了重大挑战。为了将 Lumen 适用于 Android，我们需要对 UE5 的渲染流水线和着色器编译器进行大量修改，同时优化加速结构 (AS) 以高效管理复杂的场景数据。该团队的工作旨在缩小这一差距，让移动设备能够在不牺牲性能或稳定性的情况下处理 Lumen 的复杂光照计算。这项适配工作还为官方虚幻引擎代码库做出了贡献，使更广泛的游戏开发社区受益，并推动了移动渲染功能的进步。

光线追踪阴影和反射：提升视觉真实感

实现光线追踪阴影需要直接从表面追踪光线到光源，与传统的阴影贴图相比，其准确性更高。该流程包括深度预传递、光线查询阴影、降噪处理，以及集成到光照传递。我们使用带有抖动的单个光线，然后进行去噪处理，从而高效地实现了柔和阴影。对于反射，该团队实现了涉及 G 缓冲区传递、光线追踪反射和命中数据存储、材质 ID 转换、解析传递（构建反射图像）和混合传递（将反射集成到主场景）的多阶段流程。CPU 回写、平铺方法、实例批处理和异步 AS build 等优化显著提升了性能并降低了开销，解决了移动设备上这些进程的资源密集特性。

性能影响和优化策略

Samsung Galaxy S24 Xclipse 940，顶部（已优化，蓝色）底部（优化前，黄色）

光线追踪（尤其是反射）对性能的影响在很大程度上取决于场景。在具有大反射面场景中，反射可能会占用大量帧时间（30-40%）。优化对于实现光线追踪至关重要。该团队采用了多种技术来降低开销并提高效率：使用基于平铺的渲染方法来最大限度地减少处理浪费、批处理相同材质和几何图形的实例以减少绘制调用次数、仅为可见几何图形构建加速结构，以及使用异步计算来构建加速结构。这些策略可大幅缩短处理时间并降低 GPU 负载，从而实现移动硬件上的实时光线追踪。

延伸阅读

三星 DevTech 团队和 Krafton 的《Abyss of Dungeons》证明，通过战略性调整和优化，我们可以将光线追踪等高端渲染技术引入移动平台。该团队成功改进了 UE5 的 Lumen 系统，实现了自定义渲染解决方案，并解决了众多技术障碍，从而提升了游戏视觉效果。这项工作不仅提升了《深渊之塔》的视觉保真度，还为日后的移动游戏开发提供了宝贵的洞见和技术。该报告强调了游戏开发者与技术提供商之间的协作可以发挥强大作用，让移动游戏体验不断创新并不断提升，使其更接近 PC 和游戏机上的游戏质量。