A Hands-on Look at Using Ray Tracing in Games with UE 4.22 GDC 2019

talker: Sjoerd De Jong (SR.ENGINE EVANGELIST)

ue4.22加入了raytracing，GDC2019上，Epic的工程师用一个简单的场景延时了下raytracing的一些效果。视频在油管UnrealEngine的频道已经放出来了，除了光追，还包括其它包括物理，声音动画的分享。

原视频地址：https://www.youtube.com/watch?v=EekCn4wed1E&list=PLZlv_N0_O1gYrzsn-fTzsrJq4sQPlAiqb&index=13&t=0s

原文标题是 hands-on look ,翻译成人人都能看懂不过分把（滑稽

0. Intro

全文主要从软阴影，反射，半透明，AO/GI，性能分析几个方面介绍ue4.22中加入的raytracing。

演示场景是一个地铁的环境，会包括水面反射，瓷砖，镜子，车灯等效果

4.22 支持了全灯关类型的软阴影（天光，点光，范围光）的raytracing，反射，AO，GI，

还有一些没有支持上的，未来会支持上的

ue4中怎么开

开raytracing，要你有张RTX的卡，windows版本在1809之上， ue4启动的时候加上 -DX12，ue4的project setting 里面开启 raytracing
也可以参考这个视频 RealTime Raytracing Arrives

1.Shadows

首先从阴影开始，介绍下不同光源产生阴影，传统做法和光追的区别。包括天光，点光，平行光，矩形光，还有光追效果和普通效果混合的。

进入一个地铁场景，里面很多光源，注意看人物的影子，开启cast raytraced shadow之后，人物的影子柔和了很多，可以通过改变光源的source radus调整软阴影的边缘，0话的就最硬。

注意看，通过ratraced生成的阴影，越靠近脚部的地方越硬，人上半身的影子边缘梯度下降的就很明显，这是传统PCF做软阴影达不到的。

4.18 就加入了rect light，但是4.22加入raytracing之后，算是完善了rect light。

rectlight在环境中可以产生了很棒的灯光效果，可以像rect一样，调整rect的width，height

比较有意思的是还可以调整ban door angle和length，类似灯的厚度（这样理解不知道准不准确）。

还可以加一张贴图，达到特殊形状rect light的效果，像天花板上的2根灯管。

还有这个rect light 的source texture 在反射中也是有效果的。

下面是一辆地铁通过时候，开启raytracing和不开的比较。可以在命令行里输r.RayTracing.Shadows 0 关闭。没开的话，影子特别的锐利

刚才是在indoor环境的，现在展示下outdoor的，很多茶壶，一盏平行光。上面的是没有用raytracing，用的传统CSM（Cascade Shadow maps）动态阴影，跑了52 fps。

同样的场景，同样的视角，Ray tracing 跑了73 fps，可以看出光追在动态阴影表现卓越。

其实可能确定室外，大环境更适合用raytracing，现在主机常见的室外做法是，太阳光产生动态阴影，环境中可能有多盏点光源不产生阴影，共同作用达到动态阴影的效果。

之前地铁的场景可以在epic的商城里免费拿到

2.Reflection

反射这部分，主要讲反射过后的软阴影，光线的弹射次数，性能问题（后面性能分析会提到）

接下来看看反射的东西，镜子里raytracing的反射效果特别好，如果你移动的话，还会看到一部分 noisy

这里的墙面瓷砖光线是只进行了一次反弹，当然ue4也支持多次。

下面是开1次bounces 的效果，和开3次的效果。开了3次之后隧道墙面的灯光明显更亮了一点。帧率也是明显下降了从 90帧降到了30帧。

还有镜子里的阴影，你会发现，镜子中的影子和现实世界不一样，因为为了性能优化，ray tracing reflect的 shaodws，提供了hard shadows，Area shadows，

3. Translucency

半透明物体

半透明物体，例子是地铁的玻璃，透过玻璃看外面墙面上的led灯。

type可以选Raster或者RayTracing。

第二张图是ray tracing的效果虽然只做了一次bounce，但是玻璃里受环境影响的黑色的效果也比光栅化的效果好很多，黑色更纯粹。

4. AmbientOcclusion

这一部分演讲者，说了下因为演示场景是在室内，地下，黑色比较多，AO和GI的效果不明显，为了性能，他没有开启，别的环境可以尝试，说是效果很好。

5. Optimiazation and Performance

性能优化，主要从阴影，反射，半透明，AO/GI 这几个方面

反射是游戏里面最耗的，用GPU profiler工具可以看到刚才那个场景RayTracingReflections 占到了2/3。

老黄的Nsight也是非常好的Profiler工具， DXR也提供了一套Profiler的工具。（为啥不安利一波宇宙第一RenderDoc呢？）

反射性能主要受到这几个东西的影响：

Screen Percentage 反射的质量
Distance 光追的距离，或者说bounce的次数（追的越远越耗，弹的次数越多约耗）
Material Roughness 材质的粗糙度(pbr微表面原理，不同Roughness的材质，对光线的吸收是不一样的，光滑和不反射的材质都是不怎么耗的)

5.1 Material

材质不同，光追的复杂度也会不同，可以通过关闭r.RayTracing.EnableMaterial 0 来关闭，遮罩材质很慢！

演讲者做了这样的一个debug工具（上一节最后一张图），可以看不同材质ray tracing 的时候的消耗，yellow是发生100%反射，近似镜面反射的；green是不发生反射的，光线直接被吸收掉的；
2者交界处，褐色的部分是交界处，材质较为复杂，发生了漫反射，当ray过来的时候，并不是直接镜面反射走掉，而是diffuse向四面八方，这就要大量的计算，朝不同方向，计算ray的bounces，这非常耗。

还有就是混合材质，混合材质意味着更复杂的反射折射，这也会更耗。

Mask Material也很耗，因为他要去算材质表面那个位置是0还是1，可见和不可见又要分别处理。

5.2 Geometry

不同几何体，性能消耗也会不一样。

空间中特别小的物体，很耗。（如树叶，栅栏等）
不透明的固体会比较快（因为不会发生 scatter 散射）
室外会比室内快（室内空间小，光线可能发生多次弹射，室外直接弹走了）
所以更适合raytracing的环境是室外城市，没有树叶那种

以上是全部的内容，