人人都能看懂的UE4光追（GDC 2019）
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的工程師用一個簡單的場景演示了下raytracing的一些效果。視頻在油管UnrealEngine的頻道已經放出來了，除了光追，還包括其它包括物理，聲音動畫的分享。
原視頻地址：
https://www.youtube.com/watch?v=EekCn4wed1E&list=PLZlv_N0_O1gYrzsn-fTzsrJq4sQPlAiqb&index=13&t=0s原文標題是 hands-on look ,翻譯成人人都能看懂不過分把（滑稽
0. Intro
全文 主要從 軟陰影，反射，半透明，AO/GI，性能分析 幾個方面介紹ue4.22中加入的raytracing。
演示場景是一個地鐵的環境，會包括水面反射，瓷磚，鏡子，車燈等效果
4.22 支持了全燈關類型的軟陰影（天光，點光，範圍光）的raytracing，反射，AO，GI，
還有一些沒有支持上的，未來會支持上的
ue4中怎麼開
開raytracing，要你有張RTX的卡，windows版本在1809之上， ue4啟動的時候加上 -DX12，ue4的project setting 裡面開啟 raytracing 也可以參考這個視頻 RealTime Raytracing Arrives
1.Shadows
首先從陰影開始，介紹下不同光源產生陰影，傳統做法和光追的區別。包括天光，點光，平行光，矩形光，還有光追效果和普通效果混合的。
進入一個地鐵場景，裡面很多光源，注意看人物的影子，開啟cast raytraced shadow之後，人物的影子柔和了很多，可以通過改變光源的source radus調整軟陰影的邊緣，0話的就最硬。
注意看人物的影子，通過ratraced生成的陰影，越靠近腳部的地方越硬，人上半身的影子邊緣梯度下降的就很明顯，這是傳統PCF做軟陰影達不到的。
其實4.18 就加入了rect light，但是4.22加入raytracing之後，算是完善了rect light。
rectlight在環境中可以產生了很棒的燈光效果，可以像rect一樣，調整rect的width，height
比較有意思的是還可以調整ban door angle和length，類似燈的厚度（這樣理解不知道準不準確）。
還可以加一張貼圖，達到特殊形狀rect light的效果，像天花板上的2根燈管。
還有這個rect light 的source texture 在反射中也是有效果的。
下面是一輛地鐵通過時候，開啟raytracing和不開的比較。可以在命令行裏輸r.RayTracing.Shadows 0 關閉。沒開的話，影子特別的銳利
剛纔是在indoor環境的，現在展示下outdoor的，很多茶壺，一盞平行光。上面的是沒有用raytracing，用的傳統CSM（Cascade Shadow maps）動態陰影，跑了52 fps。
同樣的場景，同樣的視角，Ray tracing 跑了73 fps，可以看出光追在動態陰影表現卓越。
其實可能確定室外，大環境更適合用raytracing，現在主機常見的室外做法是，太陽光產生 動態陰影，環境中可能有多盞點光源不產生陰影，共同作用達到動態陰影的效果。
之前地鐵的場景可以在epic的商城裡免費拿到
2.Reflection
反射這部分，主要講反射過後的軟陰影，光線的彈射次數，性能問題（後面性能分析會提到）
接下來看看反射的東西，鏡子裏raytracing的反射效果特別好，如果你移動的話，還會看到一部分 noisy 雜訊
這裡的牆面瓷磚光線是隻進行了一次反彈，當然ue4也支持多次。
下面是開1次bounces 的效果，和開3次的效果，右邊的面板可以調。開了3次之後隧道牆面的燈光明顯更亮了一點。幀率也是明顯下降了從 90幀降到了30幀（下降的簡直可怕0.0）。
還有鏡子裏的陰影，你會發現，鏡子中的影子和現實世界不一樣，因為為了性能優化，ray tracing reflect的 shaodws，提供了hard shadows，Area shadows，
3. Translucency
半透明物體
半透明物體，例子是地鐵的玻璃，透過玻璃看外面牆面上的led燈。
type可以選Raster或者RayTracing。
第二張圖是ray tracing的效果雖然只做了一次bounce，但是玻璃裏受環境影響的黑色的效果還是比光柵化的效果好很多，黑色更純粹。
4. AmbientOcclusion
這一部分演講者，說了下因為演示場景是在室內，地下，黑色比較多，AO和GI的效果不明顯，為了性能，他沒有開啟，別的環境可以嘗試，說是效果很好。
5. Optimization and Performance
性能優化，主要從陰影，反射，半透明，AO/GI 這幾個方面
反射是遊戲裡面最耗的，用GPU profiler工具可以看到剛才那個場景RayTracingReflections 佔到了2/3。
老黃的Nsight也是非常好的Profiler工具， DXR也提供了一套Profiler的工具。（為啥不安利一波宇宙第一RenderDoc呢？）
反射性能主要受到這幾個東西的影響：
- Screen Percentage 反射的質量（這個地方我沒怎麼聽明白，難道是反射時候的光線衰減？）
- Distance 光追的距離，或者說bounce的次數（追的越遠越耗，彈的次數越多約耗）
- Material Roughness 材質的粗糙度(pbr微表面原理，不同Roughness的材質，對光線的吸收是不一樣的，光滑和不反射的材質都是不怎麼耗的)
5.1 Material
材質不同，光追的複雜度也會不同，可以通過關閉r.RayTracing.EnableMaterial 0 來關閉，遮罩材質很慢！
演講者做了這樣的一個debug工具（上一節最後一張圖），可以看不同材質ray tracing 的時候的消耗，yellow是發生100%反射，近似鏡面反射的；green是不發生反射的，光線直接被吸收掉的； 2者交界處，褐色的部分是交界處，材質較為複雜，發生了漫反射，當ray過來的時候，並不是直接鏡面反射走掉，而是diffuse向四面八方，這就要大量的計算，朝不同方向，計算ray的bounces，這非常耗。
還有就是混合材質，混合材質意味著更複雜的反射折射，這也會更耗。
Mask Material也很耗，因為他要去算材質表面那個位置是0還是1，可見和不可見又要分別處理。
5.2 Geometry
不同幾何體，性能消耗也會不一樣。
- 空間中特別小的物體，很耗。（如樹葉，柵欄等）
- 不透明的固體會比較快（因為不會發生 scatter 散射）
- 室外會比室內快（室內空間小，光線可能發生多次彈射，室外直接彈走了）
- 所以更適合raytracing的環境是室外城市，沒有樹葉那種
以上就是全部的內容。可以我沒有RTX卡，真想試一試！！！
6.總結一下
- ray tracing 產生的軟陰影比傳統shadow map，pcf或者csm產生的都更自然，物理離產生陰影的平面越遠，擴散啊的越快
- 反射是tracing裏最耗的一部分，bounce彈射次數增加，消耗增長明顯
- 室外比室內更適合用ray tracing
- 漫反射比鏡面反射更耗
- 小物體太多也會更耗
7.結尾福利
最後放2張ue4，開RTX ray tracing 渲染出來的車模，是羣裏 @戴鑫祺 Fisher 老哥做的，效果太棒了！
推薦閱讀：