Warum Raytracing auf Mobilgeräten wichtig ist
Durch Raytracing werden realistische Lichtverhältnisse, Reflexionen und Schatten möglich, die die Spieler in die dunkle Fantasywelt von Abyss of Dungeons eintauchen lassen. Optisch ansprechende Grafiken sind in mobilen Spielen zwar entscheidend, aber es war eine große Herausforderung, High-Fidelity-Effekte wie Raytracing zu erzielen. Bisher haben Leistungseinschränkungen bei mobilen Spielen die Verwendung fortschrittlicher Rendering-Techniken erschwert und zu Kompromissen bei der Bildqualität im Vergleich zu PC- und Konsolenspielen geführt.
Mit Abyss of Dungeons wollte Krafton diese Einschränkungen überwinden. Ziel war es, die Raytracing-Technologie, die normalerweise für High-End-Plattformen reserviert ist, in die mobile Version der Unreal Engine 5 (UE5) zu integrieren. Mit diesem Projekt sollte die Immersion der Spieler durch realistischere und visuell ansprechendere Grafiken auf Mobilgeräten deutlich verbessert werden. Das Team musste Leistungsengpässe beheben, komplexe Rendering-Pipelines wie Lumen in UE5 anpassen und für Stabilität auf unterschiedlicher mobiler Hardware sorgen. Dies war ein wichtiger Schritt in Richtung Grafiken in Konsolenqualität für mobile Spiele.
Der visuelle Sprung von der Rasterung zum Raytracing
Die konventionelle Rasterung ist aufgrund ihrer Geschwindigkeit der Standard für das mobile Rendering. Dabei werden 3D-Objekte Pixel für Pixel auf ein 2D-Display projiziert. Diese Methode ist effizient, vereinfacht aber die Lichtinteraktionen, was zu weniger realistischen Schatten und Reflexionen führt.
Raytracing bietet einen anderen Ansatz. Dabei wird der tatsächliche Weg von Lichtstrahlen simuliert und ihre Interaktionen mit Objekten berechnet. So entstehen äußerst präzise und realistische Lichtverhältnisse, Schatten und Spiegelungen. Dieser Realismus geht jedoch zu Lasten der Rechenintensität. Für die Berechnung des Pfades und der Interaktionen jedes Strahls ist eine erhebliche Rechenleistung erforderlich.
Rasterisierung und Raytracing im Vergleich
In der folgenden Tabelle sind die wichtigsten Unterschiede zwischen Rasterisierung und Raytracing zusammengefasst:
| Funktion | Rasterung | Raytracing |
|---|---|---|
| Geschwindigkeit | Schnell | Langsam |
| Realismus | Niedriger | Höher |
| Ressourcennutzung | Geringe Anzahl | Hoch |
Diese Ressourcenintensität stellt eine Herausforderung für Mobilgeräte dar, die im Vergleich zu Desktop-Computern eine begrenzte Rechenleistung haben. Diese Einschränkung hat die Einführung von Raytracing auf mobilen Plattformen bisher erschwert.
Raytracing auf Android-Geräten auswählen und implementieren: Ein methodischer Ansatz
Für die Implementierung von Raytracing auf Android mit Vulkan wurden zwei Hauptmethoden in Betracht gezogen: Ray Queries und Ray Pipelines. Ray Queries boten einen einfacheren Ansatz, der die manuelle Verwaltung von Strahlen in Shadern ermöglichte, was die Einbindung in bestehende Systeme vereinfachte.
Ray-Pipelines boten jedoch eine skalierbarere Lösung, mit der Vulkan die Ray-Durchquerung und ‑Kreuzung verwalten konnte. Obwohl Ray-Abfragen in einfacheren Szenen anfangs etwas schneller waren, haben Ray-Pipelines bei komplexeren Ray-Tracing-Anwendungen eine bessere Skalierbarkeit und Leistung gezeigt. Sie sind daher die bessere Wahl für die langfristige Entwicklung und komplexe visuelle Anforderungen. Wir haben uns dafür entschieden, die einfache anfängliche Entwicklung mit der zukünftigen Skalierbarkeit und Gesamtleistung in Einklang zu bringen und uns auf die langfristige visuelle Integrität des Spiels zu konzentrieren.
UE5 Lumen für Mobilgeräte anpassen: Eine Mammutaufgabe
Lumen, ein Echtzeit-System für globale Beleuchtung und Reflexion in UE5, hat die Beleuchtung in Spielumgebungen revolutioniert. Ursprünglich wurde sie jedoch für leistungsstarke PCs und Konsolen und nicht für Mobilgeräte entwickelt. Die Komplexität und die Ressourcenanforderungen von Lumen stellten eine große Herausforderung für die mobile Integration dar. Die Anpassung von Lumen für Android erforderte umfangreiche Änderungen an der Rendering-Pipeline und dem Shader-Compiler von UE5 sowie die Optimierung von Beschleunigungsstrukturen (AS), um komplexe Szenendaten effizient zu verwalten. Das Team wollte diese Lücke schließen und es Mobilgeräten ermöglichen, die anspruchsvollen Beleuchtungsberechnungen von Lumen zu verarbeiten, ohne Abstriche bei Leistung oder Stabilität zu machen. Diese Anpassung hat auch zur offiziellen Unreal Engine-Codebasis beigetragen, was der gesamten Community der Spieleentwicklung zugutekam und die Rendering-Funktionen für Mobilgeräte verbesserte.
Raytracing-Schatten und ‑Reflexionen: Visuelle Realitätstreue steigern
Bei der Implementierung von Raytracing-Schatten wurden Lichtstrahlen direkt von Oberflächen zu Lichtquellen zurückverfolgt, was im Vergleich zu herkömmlichen Schattenkarten eine höhere Genauigkeit bietet. Der Prozess umfasste einen Tiefen-Prepass, Schatten durch Ray-Tracing-Abfragen, Entfernen von Bildrauschen und Einbinden in den Lichtpass. Weiche Schatten wurden effizient mit einem einzelnen Strahl mit Jitter und anschließender Rauschunterdrückung erzielt. Für Reflexionen implementierte das Team einen mehrstufigen Prozess, der einen G-Buffer-Pass, die Speicherung von Reflexions- und Trefferdaten durch Raytracing, die Material-ID-Konvertierung, einen Resolver-Pass (Konstruktion des reflektierten Bilds) und einen Blend-Pass (Einbinden von Reflexionen in die Hauptszene) umfasst. Optimierungen wie CPU-Rückschreiben, gekachelte Ansätze, Batch-Instanzen und asynchrone AS-Builds haben die Leistung erheblich verbessert und den Overhead reduziert, um dem ressourcenintensiven Charakter dieser Prozesse auf Mobilgeräten zu begegnen.
Leistungsauswirkungen und Optimierungsstrategien
Die Auswirkungen von Raytracing auf die Leistung waren, insbesondere bei Reflexionen, stark von der Szene abhängig. In Szenen mit großen reflektierenden Oberflächen können Reflexionen einen erheblichen Teil der Framezeit (30–40%) in Anspruch nehmen. Optimierungen waren entscheidend, um Raytracing zu ermöglichen. Das Team hat zahlreiche Techniken eingesetzt, um den Overhead zu reduzieren und die Effizienz zu steigern: Es wurde ein kachelbasierter Rendering-Ansatz verwendet, um unnötige Verarbeitung zu minimieren, Instanzen desselben Materials und derselben Geometrie wurden zu Batches zusammengefasst, um Draw-Aufrufe zu reduzieren, Acceleration Structures wurden nur für sichtbare Geometrien erstellt und asynchrone Berechnungen für die AS-Erstellung verwendet. Durch diese Strategien wird die Verarbeitungszeit drastisch verkürzt und die GPU-Auslastung reduziert, was Echtzeit-Raytracing auf mobiler Hardware ermöglicht.
Weitere Informationen
Abyss of Dungeons von Krafton hat gezeigt, dass es mit strategischen Anpassungen und Optimierungen möglich ist, High-End-Rendering-Techniken wie Raytracing auf mobile Plattformen zu bringen. Das Team hat das Lumen-System von UE5 erfolgreich angepasst, benutzerdefinierte Rendering-Lösungen implementiert und zahlreiche technische Hürden beseitigt, um ein visuell verbessertes Spielerlebnis zu ermöglichen. Dadurch wurde nicht nur die visuelle Treue von Abyss of Dungeons verbessert, sondern es wurden auch wertvolle Erkenntnisse und Techniken für die zukünftige Entwicklung von Spielen für Mobilgeräte gewonnen. Er zeigt, wie leistungsfähig die Zusammenarbeit zwischen Spieleentwicklern und Technologieanbietern ist, um das mobile Gaming zu verbessern und die Qualität auf PCs und Konsolen zu erreichen. Detaillierte Informationen zu Optimierungen bei der Ray-Training-Technologie finden Sie auf der Samsung-Entwicklerwebsite.