Привет, Хабр! Представляю вашему вниманию перевод статьи «The Bright Side of Ray-Traced Global Illumination in Unity» автора Rubén Torres Bonet.
Свет — один из самых сильных приемов в визуальном искусстве. В симбиозе с музыкой, нарративом и всеми другими составляющими сцены он способен как усилить, так и ослабить результат. Опытные геймдизайнеры знают это и всегда выделяют свету особенную роль. Один из действенных методов — непрямое освещение. Ниже кратко расскажу о преимуществах трассировки лучей с непрямым освещением в Unity.
Очевидные отличия
Рассмотрим разницу между Baked GI, Screen-space Raster GI и Screen-Space Ray-traced GI. Что не так со светом в этой сцене?
Верно, он либо слишком яркий, либо слишком темный, такого в реальной жизни не бывает. В это сцене использован принцип прямого освещения. А теперь посмотрите ниже. Используйте ползунок для более наглядного сравнения.
Рассмотрим очевидную разницу не в пользу прямого освещения более подробно.
Принцип отражения света
Световые лучи отражаются от поверхностей, меняют свои образующие факторы и в конечном итоге попадают на человеческий зрачок. При прямом освещении лучи отражаются от одного объекта. Давайте создадим простую сцену для сравнения прямого и непрямого освещения в Unity.
На схеме вы можете увидеть, что нижний зазор позволяет лучам достичь второй стены после отражения от пола. При прямом освещении тень на стене остается нетронутой, и вторичные световые лучи не проникают. Вот так это выглядит в Unity.
Давайте попробуем применить способ запекания лучей в отдельные фрагменты (Baked GI).
Это самый простой и дешевый вариант для освещения статики, но как раз большим минусом является тот факт, что это работает только с неподвижными объектами.
Как видите, получившийся результат более приемлем. Лучшей картинки можно добиться, используя световые зонды, но это сопряжено с большим количеством проблем и потерей времени. Посмотрим, как тот же алгоритм будет выглядеть с использованием растрового пространства (Raster GI). Это также вполне доступный вариант с точки зрения производительности.
Мало что изменилось. А теперь попробуем применить трассировку лучей с непрямым освещением (Screen-Space Ray-traced GI).
Сочно, отличный вариант. Трассировка лучей обеспечивает красивое непрямое освещение и отлично работает с динамическими объектами в реальном времени. Единственной проблемой остается производительность на Unity. Я работал со следующим железом.
Процессор: AMD Ryzen 2700X
Графический процессор: TITAN RTX beefy edition
Набор данных: 3000 кадров, снятых в редакторе
Сцена: шаблон HDRP
Версии: Unity 2020.2.0b7 + HDRP 10.0.1
Средний фреймтайм в Full HD:
Baked GI: 27,64 мс.
GI + SSGI (низкое качество): 28,19 мс.
Baked GI + SSGI (среднее качество): 30,36 мс.
Baked GI + SSGI (высокое качество): 32,96 мс.
Baked GI + SSGI с трассировкой лучей (режим производительности - низкое качество): 32,07 мс.
Baked GI + SSGI с трассировкой лучей (режим производительности - среднее качество): 32,88 мс.
Baked GI + SSGI с трассировкой лучей (режим производительности - высокое качество): 34,81 мс.
Baked GI + SSGI с трассировкой лучей (режим качества): 107,91 мс.Некоторые значения в 4K:
Baked GI: 106,21 мс.
Baked GI + SSGI (среднего качества): 114,56
Baked GI + SSGI с трассировкой лучей (режим производительности - среднее качество): 119,77 мс.
Baked GI + SSGI с трассировкой лучей (режим качества): 421 мс.
Я оставил Baked, потому что при удалении этой карты освещения вся сцена ломается.
Не стоит принимать эти цифры как абсолютные. Это конкретная сцена при конкретных настройках с конкретным софтом и железом. Но вы можете сравнить фреймтайм и увидеть, как масштабируется производительность в этой сцене.
По итогам эмпирического сравнения у нас есть два вывода — мы не готовы использовать Screen-Space Ray-traced GI в 4K, но вполне можем применить этот вариант в 1080 p. В итоге единственной причиной отказаться от Screen-Space Ray-traced GI является снижение производительности. Других причин жертвовать реалистичным освещением я не вижу. Именно реалистичность дает сильный эмоциональный эффект, позволяет погрузить в сцену, заставить зрителя подсознательно поверить в происходящее и на выходе сгенерировать максимальное воздействие.
