【Metal2剖析（四）：基于MPS的GPU加速光线追踪（Accelerating Ray Tracing）】

最新推荐文章于 2025-01-11 16:47:43 发布

Mr_厚厚

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分类专栏： Metal2研发笔录文章标签： metal raytracing metal2

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本文详细探讨了光线追踪技术，对比了光线追踪与光栅化的区别，介绍了光线追踪算法，包括正向和逆向光线追踪。通过讲解如何表示光线和计算交点，展示了光线追踪在图形学中的应用。文中还提到了光线追踪中的着色模型，如阴影、反射、折射等，并讨论了GPGPU通用计算和Metal Performance Shader在加速光线追踪中的作用。通过一个基于MPS的光线追踪Demo，阐述了光线追踪的基本步骤和关键技术，如MPSRayIntersector的使用，展示了如何实现光线追踪的抗锯齿和历史帧叠加平均去噪。最后总结了光线追踪的理论和实践知识。

在这里插入图片描述

Demo下载地址：
https://developer.apple.com/documentation/metalperformanceshaders/metal_for_accelerating_ray_tracing?language=objc
https://developer.apple.com/documentation/metalperformanceshaders/animating_and_denoising_a_raytraced_scene?language=objc

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文章目录

一、关键词

Ray Casting
光线追踪图形管线
Forward Ray Tracing
Backward Ray Tracing
光栅化
光线和物体求交
光照着色模型
Holton随机序列
光追中的阴影计算
反射，折射，透射
光追下的抗锯齿（Anti-Alising）
通用计算（GPGPU)
MTLComputePipelineState
Metal Performance Shader

二、光线追踪和光栅化

首先，***光线追踪***和***光栅化***都是实现将3D场景绘制到屏幕上的两种图形管线。

光栅化 是传统的渲染管线广泛采用的方式，将场景中的模型进行各种变换和裁剪，最后采样成像素到屏幕上。光栅化的过程实际上是一个逐步“降阶”的过程，是一个连续信息到离散信息变换的过程，三维到二维的过程，整体到局部的过程，越是到了后面的阶段，信息会越来越少，越来越局部，数据往下传递带来负担，也就导致了抗锯齿、阴影计算、反射和半透明等问题的困难。