从0开发WebGPU渲染引擎:实现路径追踪

大家好,本文基于WebGPU的计算着色器实现了基础的路径追踪器,支持Middle BVH和No BVH两种加速结构

我主要是将离线渲染零基础实战开发培训班(一期)->第二十九节课的代码移植到WebGPU中,其中的原理可以看该课程

本文实现的代码在这里

实现的功能

本文实现了下面的功能:

  • no bvh or middle bvh
  • path tracer
  • direct light sample
  • lambertian+specular material
  • corner box scene

场景中的球和地板是specular material,完全镜面反射;
墙是labertian material,漫反射

目前的性能是:

硬件(2015年的Mac Pro):
Mac OS Big Sur 11.4操作系统
Chrome浏览器
Intel Iris Pro 1536 MB集成显卡

FPS: 9

渲染结果:
image

目前遍历BVH的性能还不到不用BVH的一半

不用BVH的遍历是指直接遍历所有的三角形的AABB;
BVH的遍历是指先遍历Top Level(BVH树),然后再遍历对应的BVH树叶节点包含的Bottom Level(三角形的AABB)

遍历BVH的性能主要在下面几个方面提升:
1.尽量减少重叠的AABB
2.通过traverse order等方法来减少遍历的BVH节点数量
3.减少显存占用和IO

对于第二个方面,我已经使用了traverse order,即判断ray和aabb相交的tMin如果大于intersectResult.t的话,则不再进入该AABB里继续判断相交了。
但这并没有提升FPS,这是因为我使用的corner box场景简单,本来AABB数量就少,所以这不是性能热点

对于第一个方面,因为我使用的是最简单的Middle BVH来构造的BVH树,重叠的AABB很多。但这也不是主要的性能热点,还是因为AABB数量少

主要的性能热点应该在第三个方面,因为遍历BVH需要使用Stack来保存节点,而每个线程(一个像素对应一个线程)都要在显存中分配一个Stack的内存空间,并且不断有进栈出栈操作,IO压力也大

作为测试,我将Stack的深度降低后(Stack是一个数组,要预先固定深度,也就是设置固定的数组大小),FPS明显提升

以前我实现过Ray Packet来优化这个方面,即一个线程组中的8*8个线程共享同一个Stack。
但是这只适合于Primary Ray的相交,次级射线的相交就不适合了,因为它们发射的方向很不一样。
或许可以对次级射线进行排序,相似方向的射线为一组,然后每组就可以使用Ray Packet来实现共享同一个Stack。

下一步

实现下面的功能:

posted @ 2023-07-17 10:45  杨元超  阅读(226)  评论(0编辑  收藏  举报