Por qué es importante el trazado de rayos en dispositivos móviles
El Ray Tracing desbloquea iluminación, reflejos y sombras realistas para mejorar la inmersión del jugador en el mundo de fantasía oscura de Abyss of Dungeons. Si bien los gráficos visualmente impresionantes son fundamentales en los juegos para dispositivos móviles, lograr efectos de alta fidelidad, como imágenes con trazado de rayos, ha sido un desafío importante. Históricamente, las limitaciones de rendimiento de los juegos para dispositivos móviles restringieron las técnicas de renderización avanzadas, lo que obligó a realizar concesiones en la calidad visual en comparación con las experiencias de PC y consolas.
El objetivo de Abyss of Dungeons de Krafton era superar estas limitaciones. El objetivo era integrar la tecnología de trazado de rayos, que suele reservarse para plataformas de alta gama, en la versión para dispositivos móviles de Unreal Engine 5 (UE5). Este esfuerzo buscaba mejorar significativamente la inmersión de los jugadores mediante la entrega de gráficos más realistas y visualmente enriquecidos en dispositivos móviles. El equipo necesitaba abordar los cuellos de botella de rendimiento, adaptar canalizaciones de renderización complejas, como Lumen de UE5, y garantizar la estabilidad en varios tipos de hardware para dispositivos móviles, lo que marcó un paso significativo hacia la incorporación de gráficos de calidad de consola a los juegos para dispositivos móviles.
El salto visual de la rasterización a la renderización de rayos
La rasterización convencional es el estándar para la renderización en dispositivos móviles debido a su velocidad. Proyecta objetos 3D en una pantalla 2D píxel por píxel. Este método es eficiente, pero simplifica las interacciones de la luz, lo que genera sombras y reflexiones menos realistas.
El trazado de rayos ofrece un enfoque diferente. Simula la ruta real de los rayos de luz y calcula sus interacciones con los objetos. Esto crea iluminación, sombras y reflejos muy precisos y realistas. Sin embargo, este realismo tiene un costo en términos de intensidad de procesamiento. El cálculo de la ruta y las interacciones de cada rayo requiere una potencia de procesamiento significativa.
Comparación entre la rasterización y el trazado de rayos
En la siguiente tabla, se resumen las diferencias clave entre la rasterización y el trazado de rayos:
| Función | Rasterización | Ray Tracing |
|---|---|---|
| Velocidad | Rápida | Lenta |
| Realismo | Lower | Alto |
| Uso de recursos | Bajo | Alta |
Esta intensidad de recursos plantea un desafío para los dispositivos móviles, que tienen una potencia de procesamiento limitada en comparación con las computadoras de escritorio. Esta limitación históricamente obstaculizó la adopción del trazado de rayos en plataformas para dispositivos móviles.
Cómo elegir e implementar el trazado de rayos en Android: un enfoque metódico
Para implementar el trazado de rayos en Android con Vulkan, se consideraron dos métodos principales: consultas de rayos y canalizaciones de rayos. Las consultas de rayos ofrecían un enfoque más simple, lo que permitía la administración manual de rayos dentro de los sombreadores, que era más fácil de integrar en los sistemas existentes.
Sin embargo, las canalizaciones de rayos proporcionaron una solución más escalable, lo que permitió a Vulkan gestionar la intersección y el recorrido de rayos. Si bien las consultas de rayos inicialmente eran un poco más rápidas en escenas más simples, las canalizaciones de rayos demostraron una mejor escalabilidad y rendimiento para aplicaciones de trazado de rayos más complejas, lo que las convierte en una opción superior para el desarrollo a largo plazo y las demandas visuales complejas. Decidimos equilibrar la facilidad de desarrollo inicial con la escalabilidad futura y el rendimiento general, enfocándonos en la integridad visual a largo plazo del juego.
Adaptación de UE5 Lumen para dispositivos móviles: una tarea monumental
Lumen de UE5, un sistema de reflexión e iluminación global en tiempo real, revolucionó la iluminación en los entornos de juego. Sin embargo, originalmente se diseñó para PCs y consolas de alto rendimiento, no para dispositivos móviles. La complejidad y los requisitos de recursos de Lumen presentaron un gran desafío para la integración en dispositivos móviles. La adaptación de Lumen para Android requirió modificaciones extensas en la canalización de renderización y el compilador de sombreadores de UE5, además de optimizar las estructuras de aceleración (AS) para administrar datos de escenas complejos de manera eficiente. El objetivo del trabajo del equipo era cerrar la brecha, lo que permite que los dispositivos móviles manejen los sofisticados cálculos de iluminación de Lumen sin sacrificar el rendimiento ni la estabilidad. Este esfuerzo de adaptación también contribuyó a la base de código oficial de Unreal Engine, lo que benefició a la comunidad más amplia de desarrollo de juegos y avanzó en las capacidades de renderización para dispositivos móviles.
Sombras y reflejos del trazado de rayos: Mejora el realismo visual
La implementación de las sombras de trazado de rayos implicó el seguimiento de rayos de luz directamente desde las superficies hasta las fuentes de luz, lo que ofrece una precisión superior en comparación con los mapas de sombras convencionales. El proceso incluyó un paso previo de profundidad, sombras de consulta de rayos, eliminación de ruido y integración en el paso de iluminación. Las sombras suaves se lograron de manera eficiente con un solo rayo con jitter seguido de reducción de ruido. Para las reflexiones, el equipo implementó un proceso de varias etapas que incluye un pase de búfer G, una reflexión de trazado de rayos y almacenamiento de datos de hits, conversión de ID de material, un pase de resolución (construcción de la imagen reflejada) y un pase de combinación (integración de reflexiones en la escena principal). Las optimizaciones, como la reescritura de la CPU, los enfoques en mosaico, el procesamiento por lotes de instancias y las compilaciones de AS asíncronas, mejoraron significativamente el rendimiento y redujeron la sobrecarga, lo que aborda la naturaleza intensiva en recursos de estos procesos en dispositivos móviles.
Impacto en el rendimiento y estrategias de optimización
El impacto en el rendimiento del trazado de rayos, en particular con las reflexiones, dependía en gran medida de la escena. En escenas con grandes superficies reflectantes, los reflejos podrían consumir una parte significativa del tiempo de fotogramas (entre el 30 y el 40%). Las optimizaciones fueron fundamentales para que el trazado de rayos fuera viable. El equipo empleó varias técnicas para reducir la sobrecarga y aumentar la eficiencia: usar un enfoque de renderización basado en mosaicos para minimizar el procesamiento desperdiciado, agrupar instancias del mismo material y geometría para reducir las llamadas de dibujo, compilar estructuras de aceleración solo para geometrías visibles y usar el procesamiento asíncrono para la construcción de AS. Estas estrategias reducen drásticamente el tiempo de procesamiento y la carga de la GPU, lo que permite el trazado de rayos en tiempo real en hardware para dispositivos móviles.
Lecturas adicionales
Abyss of Dungeons de Krafton demostró que, con adaptaciones y optimizaciones estratégicas, es posible llevar técnicas de renderización de alta gama, como el trazado de rayos, a las plataformas para dispositivos móviles. El equipo adaptó con éxito el sistema Lumen de UE5, implementó soluciones de renderización personalizadas y resolvió numerosos obstáculos técnicos para ofrecer una experiencia de juego mejorada visualmente. Este esfuerzo no solo mejoró la fidelidad visual de Abyss of Dungeons, sino que también proporcionó estadísticas y técnicas invaluables para el desarrollo de juegos para dispositivos móviles en el futuro. Destaca el poder de la colaboración entre los desarrolladores de juegos y los proveedores de tecnología para innovar y mejorar la experiencia de juego en dispositivos móviles, lo que la acerca a la calidad que se encuentra en las PCs y consolas. Consulta las optimizaciones detalladas del entrenamiento de rayos en el sitio para desarrolladores de Samsung.