Каков современный современный алгоритм трассировки лучей по полям высоты?

В течение многих лет было много работ по различным методам рисования рельефа местности в трассировщике лучей. Некоторые алгоритмы направляют марш по сетке напрямую (или через quadtree); другие преобразуют местность в полигональную сетку и используют стандартный тест пересечения лучей и треугольников. Исследования, похоже, продвинулись в последние несколько лет, и трудно найти статьи, написанные в последнее десятилетие, но баланс между памятью и вычислениями (как CPU, так и GPU) все еще меняется.

Какой алгоритм в настоящее время обеспечивает наилучшую производительность на настольных компьютерах высокого класса? Или, если нет единого ответа, как отличаются характеристики производительности современных лучших алгоритмов?

raytracing height-field

— Дэн Халм
источник

Отражения в пространстве экрана: создайте поле высоты с использованием буфера глубины и кадров, проследите лучи, чтобы получить грубые отражения. Я не знаю о деталях, но я бы предположил, что Crysis, Killzone, в последнее время Frostbite и т. Д. Будут использовать некоторые сложные методы, чтобы сделать это быстро. Вы смотрели на это?

— Дэвид Кури

@DavidKuri Спасибо, это хороший указатель на то, как быстро получить ядро лучевого марширования. Должно быть много возможных оптимизаций для более статического поля высоты, которое не очень хорошо работает при трассировке пространства экрана, например, для предварительно вычисленных mipmaps или min-max quadtree, поэтому я все еще надеюсь на ответ это охватывает это.

— Дэн Халм

Привет, Дэн! Кстати, вы ищете решения для процессоров или графических процессоров? И рендеринг в реальном времени или не в реальном времени?

— Алан Вульф

@AlanWolfe Я использую графический процессор и не в режиме реального времени (то есть максимальную пропускную способность, а не лучшее качество изображения, которым вы можете управлять за 16 мс), но я все равно буду приветствовать интересные ответы, которые быстры на ЦП или в первую очередь для интерактивных средств визуализации.

— Дан Халм

Вы можете попытаться создать поле расстояния со знаком на карте высот. Это в основном 3d-текстура, которая хранит расстояние до следующей поверхности. Это позволяет «путешествовать лучом быстрее». Unreal Engine 4 использует это для окклюзии окружающей среды среднего уровня, мягких теней и теней ландшафта в целом

— user1888

Ответы:

Для получения информации о текущем состоянии дел ищите эту статью: «Максимальное количество карт для быстрой, точной и масштабируемой визуализации поля с динамической высотой», Tevs et al. 2008

Основная идея состоит в том, чтобы пропустить много места, зная максимальную ценность на больших территориях местности. Если луч остается выше этого, переходите к следующей большой области.

Если вы посмотрите на рисунок 8, вы увидите сравнение базовых линейных степпингов с максимальными мип-картами. Линейный шаг приводит к 200 шагам, что можно сделать в реальном времени на современном графическом процессоре, но все еще на самом деле медленно. Макс мипмапы делают то же самое примерно за 10 шагов, все в шейдере.

— Рама
источник

Я принимаю этот ответ, потому что сама статья хороша и ее раздел «Связанные работы» кажется довольно полным. Даже если я не буду использовать эту технику в точности, я уверен, что смогу кое-что адаптировать для своего варианта использования из этого и его ссылок.

— Дэн Халм

Нашли ли вы какие-нибудь демоверсии с максимальным количеством карт? Благодарю.

— raRaRa

Я не читал газету, но этот «максимальный размер карт» звучит очень похоже на технику, используемую для картографирования конусных шагов (которая улучшает отображение окклюзии параллакса, пропуская большие области благодаря конусам).

— Жюльен Геро,

@JulienGuertault Я бы сказал, что это простая трассировка HiZ. это безопасный способ быть уверенным в том, что вы ударили. Но не очень быстро по сравнению с небезопасными методами, такими как бинарный поиск.

— v.oddou

Лучшее, что я лично видел, это то, что делает Inigo Quillez, которое используется в демосцене. Лучи маршируйте местность, делая большие шаги по мере удаления от камеры, поскольку (как правило) детали менее важны на расстоянии (исключение = тонкие стены!). Он использует информацию о проникновении и другие легко доступные метрики для имитации окклюзии окружающей среды и других сложных методов освещения.

Вот демонстрация материала в действии: https://www.youtube.com/watch?v=_YWMGuh15nE

А вот страница IQ по лучевой разведке местности, которая довольно интересна для чтения: http://www.iquilezles.org/www/articles/terrainmarching/terrainmarching.htm

Кстати, в современных играх техника «отражения пространства экрана» часто представляет собой всего лишь лучевой марш против буфера Z визуализированной сцены. Z-буфер - это просто поле высоты.

Я видел некоторые разговоры об этом на siggraph 2014, и хотя некоторые люди использовали методы, подобные IQ, некоторые делали вещи даже не так хорошо, как IQ, что было интересно посмотреть: P

— Алан Вульф
источник

Алгоритм по вашей ссылке очень прост. Это выглядит менее изощренно, чем некоторые из бумаг, которые я нашел в девяностых. Это выглядит как хорошая отправная точка, но я надеюсь на самое высокопроизводительное решение для производственной системы, а не просто «мой первый raytracer».

— Дэн Халм

Этот материал используется для демонстрации кода демосцены и экранного пространства в самых современных современных играх. Самый быстрый код иногда самый простой. Я не отклонил бы это из-за его простоты. Было бы интересно посмотреть, если вы получите какие-либо другие ответы, хотя.

— Алан Вульф

Чего не хватает в вашем ответе, так это того, что IQ использует стандартную сетку полей высот в качестве начального предположения, чтобы дать старт лучам на местности. Сначала он рендерит низкополигональную версию ландшафта, используя стандартную растеризацию, а затем запускает пиксельный шейдер поверх изображения, который начинает лучевое копирование на растровой глубине минус некоторый консервативный порог. Это единственный способ сделать это в реальном времени.

— Бенедикт Биттерли

Я считаю, что только часть того, что вы говорите, является правдой. он использует эвристику, основанную на высоте местности (вместе с расстоянием от камеры), чтобы определить, как далеко может идти луч, но, насколько я слышал, он не использует растеризацию. Вот пример его работы, в которой не используется растеризация, но это не означает, что нет реализаций, которые действительно

— Алан Вулф,

Я немного сбит с толку, что вопрос о трассировке лучей, а этот ответ - о маршевых лучах. Существует фундаментальное различие между ними и тем, чего они могут достичь.

— Жюльен Герто

Пошаговое отображение конусов и релаксирующее отображение конусных шагов - очень неплохие алгоритмы. Они полагаются на предварительную обработку поля высоты для создания 2D-карты, используемой для более эффективного поиска.

http://www.lonesock.net/files/ConeStepMapping.pdf https://developer.nvidia.com/gpugems/GPUGems3/gpugems3_ch18.html

— cbuchner1
источник