在 Krafton Abyss of Dungeons 中實作光線追蹤

行動裝置上的光線追蹤為何重要

透過光線追蹤技術，玩家可以體驗逼真的光線、反射和陰影效果，進一步沉浸在《Abyss of Dungeons》的黑暗奇幻世界中。雖然行動遊戲需要具備令人驚豔的視覺效果，但要達到高保真效果 (例如光線追蹤視覺效果) 是一大挑戰。以往，行動遊戲效能限制了進階算繪技術，因此與電腦和主機遊戲相比，視覺品質必須有所妥協。

Krafton Abyss of Dungeons 旨在克服這些限制。目標是將通常用於高階平台的光線追蹤技術，整合至 Unreal Engine 5 (UE5) 的行動版中。這項計畫旨在透過在行動裝置上提供更逼真且視覺效果豐富的圖像，大幅提升玩家的沉浸感。團隊需要解決效能瓶頸、調整 UE5 的 Lumen 等複雜的算繪管道，並確保各種行動裝置硬體的穩定性，這代表我們朝著在行動遊戲中提供主機級圖形的目標邁進了一大步。

從光柵化到光線追蹤的視覺飛躍

傳統的算繪是行動裝置算繪的標準，因為速度快。它會逐像素將 3D 物件投射到 2D 螢幕上。這個方法雖然效率高，但會簡化光源互動，導致陰影和反射效果不夠逼真。

光線追蹤則採用不同的做法。它會模擬光線的實際路徑，並計算光線與物件的互動情形。這麼做可產生高度精確且逼真的光線、陰影和反射效果。不過，這種逼真效果的代價是運算密集度。計算每個光線的路徑和互動需要大量的處理能力。

比較光柵化和光線追蹤

下表摘要說明光柵化和光線追蹤之間的主要差異：

功能	柵格化	光線追蹤
速度	快速	慢速
寫實	Lower	較高
資源使用	低	高

這種資源密集程度對行動裝置來說是一大挑戰，因為行動裝置的處理能力與電腦相比較為有限。這項限制在過去一直阻礙著在行動平台上採用光線追蹤技術。

在 Android 上選擇及實作光線追蹤：有系統的做法

在 Android 上使用 Vulkan 實作光線追蹤時，我們考慮了兩種主要方法：光線查詢和光線管道。光線查詢提供更簡單的方法，可在著色器中手動管理光線，更容易整合至現有系統。

不過，Ray Pipelines 提供了更具可擴充性的解決方案，可讓 Vulkan 管理光線穿越和交集。雖然 Ray 查詢在較簡單的場景中最初速度略快，但 Ray 管道在更複雜的光線追蹤應用程式中展現出更佳的可擴充性和效能，因此是長期開發和複雜視覺需求的絕佳選擇。我們選擇平衡初始開發的簡易性、未來的擴充性和整體效能，並著重於遊戲的長期視覺完整性。

將 UE5 Lumen 改編為行動裝置：一項艱鉅的任務

UE5 的 Lumen 是即時全域照明和反射系統，為遊戲環境的照明帶來革命性的變革。不過，這項技術原本是為高效能電腦和主機而設計，並非行動裝置。Lumen 的複雜性和資源需求，是行動裝置整合的重大挑戰。為了將 Lumen 改編為 Android 版，我們必須大幅修改 UE5 的算繪管道和著色器編譯器，並最佳化加速結構 (AS)，以便有效管理複雜的場景資料。團隊的目標是縮小這項差距，讓行動裝置能夠處理 Lumen 的複雜照明計算，同時兼顧效能和穩定性。這項調整工作也為 Unreal Engine 官方程式碼庫做出貢獻，造福更廣大的遊戲開發社群，並提升行動裝置算繪功能。

光線追蹤陰影和反射：提升視覺真實度

實作光線追蹤陰影時，系統會直接從表面追蹤光線到光源，相較於傳統陰影地圖，可提供更高的精確度。這項程序包括深度預處理、光線查詢陰影、去雜訊，以及整合至照明處理。我們使用單一光線加上抖動，再加上去雜訊，就能有效地產生柔和陰影。針對反射，團隊實作了多階段程序，包括 G 緩衝區處理、光線追蹤反射和命中資料儲存、材質 ID 轉換、解析處理 (建構反射圖像) 和混合處理 (將反射整合至主要場景)。最佳化功能 (例如 CPU 回饋、平鋪式方法、例項批次處理和非同步 AS 建構) 可大幅提升效能並降低額外負載，解決行動裝置上這些程序的資源密集型特性。

效能影響和最佳化策略

光線追蹤的效能影響 (尤其是反射) 極大程度上取決於場景。在有大量反光表面的場景中，反光效果可能會佔用大量影格時間 (30% 至 40%)。為了讓光線追蹤可行，最佳化是至關重要。團隊採用多種技術來降低額外負擔並提高效率：使用以圖塊為基礎的算繪方法，盡量減少浪費的處理作業；將相同材質和幾何圖形的例項分批處理，以減少繪圖呼叫；只為可見的幾何圖形建構加速結構；以及使用非同步運算來建構加速結構。這些策略可大幅縮短處理時間並減少 GPU 負載，讓行動硬體能夠進行即時光線追蹤。

其他資訊

三星 DevTech 團隊和 Krafton 的《Abyss of Dungeons》證明，只要採用策略性調整和最佳化，就能將光線追蹤等高階算繪技術帶入行動平台。團隊成功調整 UE5 的 Lumen 系統、實作自訂算繪解決方案，並解決許多技術障礙，進而提供視覺效果更出色的遊戲體驗。這項努力不僅改善了《Abyss of Dungeons》的視覺逼真度，也為日後的行動遊戲開發提供寶貴的洞察和技術。這項獎項凸顯了遊戲開發人員和技術供應商之間合作的力量，可透過創新和提升行動遊戲體驗，讓遊戲品質更接近電腦和遊戲主機的品質。