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title: 《鸣潮》中的光线追踪：用光线构建动漫风格开放世界
date: 2025-08-22 16:35:32
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- [[UFSH2025]《鸣潮》中的光线追踪: 用光线构建动漫风格开放世界 | 王鑫 库洛游戏《鸣潮》图形渲染组长] https://www.bilibili.com/video/BV1hSW4zTEgQ/?share_source=copy_web&vd_source=fe8142e8e12816535feaeabd6f6cdc8e
# Rtx
实现功能
1. Rtx反射
2. RtxGI
3. RtxShadow

# 选型&快速验证
1. 需求:
	1. 32km 32km
	2. 二次元
	3. TOD
	4. 4060 2k 60fps

方案：
1. ReSTIR 
2. Lumen（简略版，砍掉一些不需要的过程）
	1. GI
	2. Reflection
	3. 重新开发Clipmap Irradiance Cache来代替Surface Cache
## ReSTIR
1. 时间、空间重采样
2. 计算光照
3. 使用SHaRC、NRD降噪库。

**SHaRC(Spatially Hashed Radiance Cache)**
1. 解决Multi-Bounce Problem
2. 基于世界空间稀疏哈希的Radiance Cache
3. 默认只有2次反射

**NRD(Nvidia Real-time Denoising)**
1. 基于Spatio-Temporal的降噪器，开箱即用。
2. 用于最终降噪输出。
3. 性能消耗较高：4080 2k 2.3~3.0ms

### 缺点：
1. 实现起来简单，光照效果好，但带宽性能压力大。
2. 远处、边缘有噪点。

# 功能实现与迭代经验
## ToonShading
案例1：角色自阴影
- 光栅化
	- 场景：CSM
	- 角色：PerObjectShadow
- Rtx
	- 用剔除角色的InstanceMask做ToonShadowRay

```c++
if(IsToonShadingModel(ShadingModelID))
{
	RayTracingMask |=RAY_TRACING_MASK_SHADOW_NOT_TOON;
}
```

案例2：角色接入GI
- 角色渲染与场景氛围贴合
	- 角色需要接受环境反射的间接光
	- 提升角色效果的通透感
	- ![[WUWA_CharacterGI_1.png]]
- 风格化场景
	- 高频的GI信息会破坏卡通渲染质感
	- 头发与面部先做球形法线处理
	- 角色整体法线朝向相机
	- 低成本平滑的间接光
```c++
float3 V = -GetCameraVectorFromTranslatedWorldPosition(TranslatedWorldPosition);
if(IsToonShadingModel(Material. ShadingID))
{
	Material.WorldNormal = normalize(lerp(WorldNormal, V, 0.5));
}
```
![[WUWA_CharacterGI_2.png]]
- 混合处理
	- 卡渲阴影下并非全黑，避免爆掉和效果异常
	- 将间接光转为HSV，限制饱和度与明度
	- 乘上AO，增加层次感
	- 穿日皮肤Mask，皮肤见扫GI影响
```c++
half3 IndirectLightHSV = RGBToHSVHalf(DiffuseIndirectLighting);
IndirectLightHSV.b = lerp(0, 0.3, IndirectLightHSV.b);
IndirectLightHSV.g = clamp(0, Θ.35, IndirectLightHSV.g);
```
![[WUWA_CharacterGI_3.png]]

案例3：角色接入反射
- 希望能够应用在金属特性的表面
- 增加角色效果与环境的交互细节
- 风格化处理
	- 粗糙度：Clamp在0~0.3999避免转为SSR
	- 金属度：当做反射强度，超过0.9为镜面反射
- 混合处理
	- 在Matcap基础上相加，不影响本身金属效果

![[WUWA_CharacterReflection_1.png]]

## HybridShadow
- Billboard和Imposter等物体需要阴影
- 光追和光栅化不同，无法分离ShadowPass和BasePass
- 混合了 CSM + Ray Traced Shadow
- 通过TileClassify减少Trace的像素

### RaytracingShadows
- 美术有时候会用单向Plane遮挡光照
- 需要适配原有的美术资源的阴影逻辑
- Shadow RayFlag:
	- RAY_FLAG_CULL_FRONT_FACING_TRIANGLES

### VolumtricFog
- VolumetricFog依赖CSM
- 用ShadowRay预生成3D ShadowVolume
- Inject Lighting用ShadowVolume判断Visibility
- Hybrid Shadow可以用于性能优化,减少Trace物体解耦ShadowVolume和体积雾精度，低端机性能分级
### SingleLayerWater & Translucency
- SLW需要水底颜色 +水底深度，多Trace一条光线计算水底颜色和深度，模拟散射
- 和SLW一样，多发射一条光线，每层循环Trace，手动Blend，注意控制层数

### Skybox
- 鸣潮天空盒非常好看，但也非常复杂，反射里需要能看到天空(Very Important! ! )
- 可以在RayMiss或HitT足够远的时候进行3~4次的Ray Traversal去手动Blend，反射完整天空盒
- 会造成非常严重的性能开销
![[WUWA_SkyBox1.png]]
## 性能优化
### Skybox Capture

### Payload压缩

### OMM & SER
- Opacity Micro-Map (OMM)
	- 和光栅化不同，光追中实现AlphaTest需要在AHS里计算Alpha
	- Encode TriangleVisibleState To BLAS
	- 黄色三角形才需要走AHS计算
- Shader Execution Reordering (SER)
	- GPU上的计算尽量相似，否则会产生Divergence问题
	- 做GI时光线方向非常发射，材质计算复杂度也不尽相同
	- Nvidia推出SER的GPU Feature，可以一定程度解决问题
	- 方向一致的计算提升不大，还会寄存器使用过多导致性能下降