Kajiya渲染器全局光照技术解析

Kajiya渲染器全局光照技术解析

kajiya 💡 Experimental real-time global illumination renderer 🦀 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ka/kajiya

引言

Kajiya是一款专注于实时全局光照(GI)研究的渲染器，它采用了一系列创新技术来平衡渲染质量和性能。本文将深入解析Kajiya的全局光照实现原理，帮助读者理解现代实时渲染技术的核心思想。

渲染效果对比

Kajiya在Radeon RX 6800 XT显卡上仅需8.4毫秒即可渲染1920x1080分辨率的场景，而传统光线追踪技术需要30秒才能完成类似质量的渲染。这种性能差距展示了实时渲染技术的巨大进步。

优势表现

• 场景整体亮度准确
• 粗糙表面上的复杂阴影保留完好
• 粗糙度贴图细节表现优秀

当前局限

• 粗糙表面去噪难度较大
• 间接阴影较为模糊
• 反射缺乏递归追踪导致不够锐利
• 小尺度几何体可能出现漏光现象
• 多反射镜面光传输会转为漫反射

渲染管线分解

G-Buffer阶段 (~1.15ms)

G-Buffer将几何信息打包到单个RGBA32纹理中，包含：

• 反照率(8:8:8)
• 法线(11:10:11)
• 粗糙度和金属度(2xf16)
• 自发光(rgb9e5)

所有绝缘体强制使用4%的F0反射率。

间接漫反射 (~2.3ms)

采用半分辨率光线追踪，结合ReSTIR技术进行高效采样：

1. 初始追踪：每2x2像素块中选一个像素发射光线
2. ReSTIR处理：
   • 时间重采样：保留优质数据
   • 空间重采样：邻居间共享信息
3. 微细节处理：
   • 远场使用ReSTIR结果
   • 近场使用原始光线数据
   • 根据屏幕空间指标平滑混合

辐照度缓存 (~0.55ms)

为了解决单次反弹光线追踪的亮度不足问题，Kajiya实现了：

• 12个相机对齐的32x32x32稀疏分配clip map
• 按需分配和释放体素
• 快速响应光照变化
• 有效防止光线泄漏

关键技术详解

ReSTIR技术优化

Kajiya对标准ReSTIR进行了多项改进：

1. 数据验证机制：每3帧重新追踪验证数据有效性
2. 微细节保护：远近场分离处理策略
3. 自适应采样：根据数据质量动态调整采样半径

辐照度缓存创新

与传统体素化GI技术不同：

• 没有固定的体素追踪原点
• 追踪原点每帧变化
• 仅用于二次光线查询，不直接用于屏幕像素

性能与质量权衡

Kajiya展示了实时全局光照必须做出的妥协：

• 使用近似算法替代精确计算
• 降低某些效果的精度以保证帧率
• 针对不同场景元素采用差异化处理策略

这些权衡使得在消费级硬件上实现实时全局光照成为可能，为游戏和实时应用提供了新的可能性。

总结

Kajiya渲染器通过创新的算法组合，在实时性与渲染质量之间找到了良好的平衡点。其技术路线特别值得实时渲染开发者研究，尤其是ReSTIR的应用和辐照度缓存的设计思想，为实时全局光照提供了新的解决方案。随着硬件性能的提升和算法的优化，实时渲染的质量边界正在不断被突破。

kajiya 💡 Experimental real-time global illumination renderer 🦀 项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/ka/kajiya