要說nVidia 20系顯卡最大的特征，那自然是加了硬件光線追蹤。NVIDIA 20系顯卡其實加入了非常多的新特性，但是在媒體宣傳上，一直以光追和DLSS為主，可能也是因為其他特性AI兩家加入并不難吧。如果看nVidia的白皮書，其實能發(fā)現(xiàn)，圖靈是進(jìn)步極大的一代，安培在架構(gòu)上反而是繼續(xù)吃老本，進(jìn)步不大。

如果是入門DXR，最好的參考就行微軟的官方demo

https://github.com/microsoft/DirectX-Graphics-Samples/blob/master/Samples/Desktop/D3D12Raytracing/readme.md

本節(jié)，就嘗試將微軟DXR官方demo的D3D12RaytracingHelloWorld，移植到The-Forge中。光追的代碼非常冗長，我可能就跳過代碼的講解，在文末會給我自己的代碼repo。

硬件實時光追簡介

對于光柵算法，就是把場景轉(zhuǎn)換到視錐在投影到相機(jī)的過程。光線追蹤則可以算作是該算法的逆算法，就是從相機(jī)出發(fā)，反向?qū)⑸渚€從每個像素射向場景，并看最終能找到什么物體。在不透明物體上，可以直接用BRDF，通過光源的信息計算該點顏色。如果碰到鏡面，就沿發(fā)現(xiàn)對稱再射出一條光線。如果射到透明物體，折射角度發(fā)射光線。如果沒有擊中任何物體，假設(shè)擊中的天空。

簡化后的狀態(tài)機(jī)如上圖所示。

該狀態(tài)機(jī)中，硬件負(fù)責(zé)幫忙實現(xiàn)光線求交的相關(guān)部分，而用戶要自己負(fù)責(zé)Raygen，Miss，Hit的部分。

在Raygen shader中，自己可以定義一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)RayPayload。在Raygen shader中，每個像素射出一條光線，每個光線傳入一個RayPayload。之后硬件負(fù)責(zé)與整個場景求交。在最后，如果找到了交點，就會執(zhí)行closesthit shader，在closesthit shader修改RayPayload的值；反之，就會執(zhí)行miss shader，在miss shader中修改RayPayload的值。

TraceRay的實際結(jié)構(gòu)如上圖

光線求交如果光源直接遍歷所有物體所有三角形，運(yùn)算量將是天文數(shù)字。因為需要一些特殊的加速結(jié)構(gòu)，現(xiàn)代主流加速結(jié)構(gòu)是BVH

D3D12RaytracingHelloWorld功能解析

場景中存在一個三角形，三角形的三個點坐標(biāo)分別為(0, 0.75,0)(-0.75,-0.75,0)(0.75,-0.75,0)

在場景中，每個像素的位置，沿著(0,0,1)發(fā)射一條射線。因此，在(0, 0.75,0)(-0.75,-0.75,0)(0.75,-0.75,0)范圍內(nèi)的射線會擊中三角形，執(zhí)行chit shader，進(jìn)行顏色插值。三角外部的點執(zhí)行miss shader，直接返回顏色float4(0.1f,?0.1f,?0.1f,?1.0f)

shader代碼

miss shader

首先是最簡單的miss shader，直接返回一個固定顏色

closesthit shader

closesthit shader的參數(shù)，除了RayPayload之外，還有一個IntersectionAttributes

IntersectionAttributes有一個float2類型的參數(shù),

通過(1 - IntersectionAttributes.baryCrd.x -?IntersectionAttributes.baryCrd.y,?IntersectionAttributes.baryCrd.x,?IntersectionAttributes.baryCrd.y)可以得到光線擊中的點，在被擊中的三角形的重心坐標(biāo)，依靠重心坐標(biāo)和其他三個頂點數(shù)據(jù)，就可以進(jìn)行插值了。在光柵中該步驟是硬件完成的，如果寫過軟光柵或者軟光線追蹤的同學(xué)應(yīng)該對重心坐標(biāo)不會陌生，而光線追蹤中插值就要自己來了。

如果重心坐標(biāo)為(bx,by,bz)(bx + by + bz = 1)

那么該點的數(shù)據(jù)為V = bx * V0 + by * V1 + bz * V2

position,uv,color等數(shù)據(jù)都要通過重心插值得到

在本shader中，直接將重心坐標(biāo)作為顏色返回。重心坐標(biāo)顏色直接顯示也是光線追蹤渲染調(diào)試的重要依據(jù)。

raygeneration shader

在Raygen shader中，運(yùn)行TraceRay函數(shù)，執(zhí)行結(jié)果會寫回payload中，然后再作為結(jié)果寫到Tex0(UAV)中即可。

c++

在03-compute的基礎(chǔ)上繼續(xù)開發(fā)，c++部分的主要工作，就是生成AccelerationStructure和RaytracingShaderTable

完整代碼不再解釋，就提幾嘴我個人覺得需要很注意的點。

在pRenderer初始化時，需要把target設(shè)置到sm6.3.

shader model 6.3是dxr1.0要求的版本，dxr1.1則需要shader model 6.5

AccelerationStructure也要加到descriptorSet中

全部的源碼可以參考我的repo https://github.com/THISISAGOODNAME/leanring-The-Forge

接下來該干什么

在這個教程之后，如果還對硬件光線追蹤本身感興趣，推薦嘗試將raytracing in one weekend中實現(xiàn)的demo移植到The-Forge中。

這一系列教程可能到此就要暫停了。接下來的部分要等我搶到RTX3080或者RX6800XT以后了。可以提前預(yù)告一下，我后面想寫一些關(guān)于dx12u，sm6.5相關(guān)的內(nèi)容。

最后再一次給The-Forge 交流群打個廣告，950656923，歡迎對 The-Forge/bgfx/panda3D/horde 之類圖形中間件感興趣，或者對現(xiàn)代renderer pipeline感興趣，對mesh shader/real time raytracing/VRS/VRR等新特性感興趣的朋友加入

參考

https://github.com/microsoft/DirectX-Graphics-Samples/tree/master/Samples/Desktop/D3D12Raytracing/src/D3D12RaytracingHelloWorld

https://microsoft.github.io/DirectX-Specs/d3d/Raytracing.html

https://developer.nvidia.com/rtx/raytracing/dxr/DX12-Raytracing-tutorial-Part-2

https://www.nvidia.com/content/dam/en-zz/Solutions/design-visualization/technologies/turing-architecture/NVIDIA-Turing-Architecture-Whitepaper.pdf

https://www.nvidia.com/content/dam/en-zz/Solutions/geforce/ampere/pdf/NVIDIA-ampere-GA102-GPU-Architecture-Whitepaper-V1.pdf