Por que o traçado de raios em dispositivos móveis é importante
O Ray Tracing desbloqueia iluminação, reflexos e sombras realistas para aumentar a imersão do jogador no mundo sombrio de fantasia de Abyss of Dungeons. Embora gráficos visualmente impressionantes sejam cruciais em jogos para dispositivos móveis, alcançar efeitos de alta fidelidade como recursos visuais com ray tracing tem sido um desafio significativo. Historicamente, as limitações de desempenho de jogos para dispositivos móveis restringiram técnicas de renderização avançada, forçando a qualidade visual a ser comprometida em comparação com as experiências de PC e console.
O Krafton Abyss of Dungeons tinha como objetivo superar essas limitações. O objetivo era integrar a tecnologia de rastreamento de raios, geralmente reservada para plataformas avançadas, à versão para dispositivos móveis do Unreal Engine 5 (UE5). Esse esforço buscou melhorar significativamente a imersão do jogador, oferecendo gráficos mais realistas e visualmente ricos em dispositivos móveis. A equipe precisava resolver gargalos de desempenho, adaptar pipelines de renderização complexos, como o Lumen do UE5, e garantir a estabilidade em vários hardwares móveis, marcando uma etapa importante para trazer gráficos de console para jogos para dispositivos móveis.
O salto visual da rasterização para o traçado de raios
A rasterização convencional é o padrão para renderização em dispositivos móveis devido à velocidade. Ele projeta objetos 3D em uma tela 2D, pixel por pixel. Esse método é eficiente, mas simplifica as interações de luz, resultando em sombras e reflexos menos realistas.
O rastreamento de raios oferece uma abordagem diferente. Ele simula o caminho real dos raios de luz e calcula as interações deles com os objetos. Isso cria iluminação, sombras e reflexos altamente precisos e realistas. No entanto, esse realismo tem o custo da intensidade computacional. Calcular o caminho e as interações de cada raio requer uma capacidade de processamento significativa.
Comparação entre rasterização e traçado de raio
A tabela a seguir resume as principais diferenças entre rasterização e ray tracing:
| Recurso | Rasterização | Ray Tracing |
|---|---|---|
| Velocidade | Rápido | Lenta |
| Realismo | Abaixar | Alto |
| Uso de recursos | Baixo | Alta |
Essa intensidade de recursos representa um desafio para dispositivos móveis, que têm capacidade de processamento limitada em comparação com computadores. Essa limitação sempre dificultou a adoção do ray tracing em plataformas móveis.
Como escolher e implementar o Ray Tracing no Android: uma abordagem metódica
Para implementar o ray tracing no Android com o Vulkan, dois métodos principais foram considerados: consultas de raio e pipelines de raio. As consultas de raios ofereciam uma abordagem mais simples, permitindo o gerenciamento manual de raios nos shaders, o que era mais simples de integrar aos sistemas existentes.
No entanto, os pipelines de raios ofereciam uma solução mais escalonável, permitindo que o Vulkan gerencie a travessia e a interseção de raios. Embora as consultas de raios fossem inicialmente um pouco mais rápidas em cenas mais simples, os pipelines de raios demonstraram melhor escalonabilidade e desempenho para aplicativos de ray tracing mais complexos, tornando-os uma escolha superior para desenvolvimento de longo prazo e demandas visuais complexas. Escolhemos equilibrar a facilidade do desenvolvimento inicial com a escalabilidade futura e o desempenho geral, com foco na integridade visual de longo prazo do jogo.
Adaptação do UE5 Lumen para dispositivos móveis: uma tarefa monumental
O Lumen do UE5, um sistema de iluminação e reflexão global em tempo real, revolucionou a iluminação em ambientes de jogos. No entanto, ele foi originalmente projetado para PCs e consoles de alto desempenho, não para dispositivos móveis. A complexidade e os requisitos de recursos do Lumen representaram um grande desafio para a integração móvel. A adaptação do Lumen para Android exigiu modificações extensas no pipeline de renderização e no compilador de shaders do UE5, além de otimizar as estruturas de aceleração (AS) para gerenciar dados de cena complexos de maneira eficiente. O objetivo da equipe era preencher a lacuna, permitindo que os dispositivos móveis processassem os cálculos de iluminação sofisticados do Lumen sem sacrificar a performance ou a estabilidade. Esse esforço de adaptação também contribuiu para a base de código oficial do Unreal Engine, beneficiando a comunidade de desenvolvimento de jogos mais ampla e avançando os recursos de renderização para dispositivos móveis.
Sombras e reflexões de traçado de raio: como aumentar o realismo visual
A implementação de sombras de ray tracing envolveu o rastreamento de raios de luz diretamente de superfícies para fontes de luz, oferecendo uma precisão superior em comparação com mapas de sombra convencionais. O processo incluiu uma pré-transmissão de profundidade, sombras de consulta de raios, redução de ruído e integração à passagem de iluminação. Sombras suaves foram alcançadas de forma eficiente usando um único raio com jitter seguido de redução de ruído. Para as reflexões, a equipe implementou um processo em vários estágios que envolve uma passagem de buffer G, reflexão de ray tracing e armazenamento de dados de acerto, conversão de ID de material, uma passagem de resolução (construção da imagem refletida) e uma passagem de mesclagem (integração de reflexões na cena principal). Otimizações como readback de CPU, abordagens em blocos, processamento em lote de instâncias e builds de AS assíncronos melhoraram significativamente o desempenho e reduziram a sobrecarga, abordando a natureza de uso intensivo de recursos desses processos em dispositivos móveis.
Impacto no desempenho e estratégias de otimização
O impacto do ray tracing na performance, principalmente com reflexos, era altamente dependente da cena. Em cenas com superfícies reflexivas grandes, as reflexões podem consumir uma parte significativa do tempo de frame (30 a 40%). As otimizações foram cruciais para tornar o ray tracing viável. A equipe usou várias técnicas para reduzir a sobrecarga e aumentar a eficiência: usando uma abordagem de renderização baseada em blocos para minimizar o desperdício de processamento, agrupando instâncias do mesmo material e geometria para reduzir as chamadas de exibição, criando estruturas de aceleração apenas para geometrias visíveis e usando computação assíncrona para a construção de AS. Essas estratégias reduzem drasticamente o tempo de processamento e a carga da GPU, tornando o rastreamento de raios em tempo real possível em hardware para dispositivos móveis.
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O jogo Abyss of Dungeons, da Krafton, demonstrou que, com adaptações e otimizações estratégicas, é possível trazer técnicas de renderização avançadas, como o ray tracing, para plataformas móveis. A equipe adaptou o sistema Lumen do UE5, implementou soluções de renderização personalizadas e resolveu vários obstáculos técnicos para oferecer uma experiência de jogo visualmente aprimorada. Essa iniciativa não apenas melhorou a fidelidade visual de Abyss of Dungeons, como também forneceu insights e técnicas inestimáveis para o desenvolvimento de jogos para dispositivos móveis no futuro. Ele destaca o poder da colaboração entre desenvolvedores de jogos e provedores de tecnologia para inovar e elevar a experiência de jogos para dispositivos móveis, aproximando-a da qualidade encontrada em PCs e consoles. Confira as otimizações detalhadas de treinamento de raios no site para desenvolvedores da Samsung.