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校@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)代游戲主機也開始行動起來，經(jīng)典游戲《孤島危機》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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