Unreal5關於lumen相關知識點分享

Hello，大家好，今天給大家分享Unreal5關於lumen相關知識點，我是木偶心沒。

感謝知乎Jiff的一張圖解釋了lumen的工作流程

稍微解釋一下就是Lumen分為了兩個部分，離線和實時運算

1、離線生成

離線部分就是首先為每個模型生成MeshCard。

MeshCard就是對每個mesh的捕獲位置。但是mesh不能太過複雜，比如一個房間的的地麵和牆等，需要被拆成單個mesh。以下這種就沒有辦法獲取精確mesh card。

然後Lumen在各個meshcard捕獲位置去獲取每個mesh的材質屬性等，並生成場景表麵的自動參數化Surface Cache。Surface Cache可以快速查找場景中光線命中點的照明。

為靜態模型生成Mesh Distance Field

Mesh Distance Field存儲的是3D空間中的點距離物體表麵最近的距離，就是軟光追的一個加速器。有些mesh可能沒有很好的距離場，並導致漏光的問題，所以可以直接在場景裏麵顯示mesh distance field來檢查問題。

然而在使用距離場mesh distance field之前，lumen會先使用屏幕空間追蹤。因為屏幕追蹤支持任何幾何類型，可用於掩蓋lumen場景和三角形場景之間的不匹配。並且屏幕空間追蹤精度高。

如果在未找到命中或光線從表麵後麵通過時就使用mesh distance field來進行軟光追。雖然lumen用mesh distance field去進行光線追蹤效果已經很好了，但是考慮性能問題，渲染器將mesh distance field合並為global distance field以加速追蹤，也就是，在每個mesh的前2米內使用mesh distance field去光線追蹤（detail tracing），剩下的就直接使用global distance field去追蹤整個場景（global tracing）。

上圖紅色表示Screen Trace，綠色表示mesh distance field，藍色表示Global distance field。

2、實時運算

Lumen Scene就是一個進行軟光追的低模場景，是很多的Mesh Card組成。

由於lumen scene隻對攝像機附近的世界而不是整個世界進行操作，所以lumen在渲染的時候依靠Nanite的LOD和多視圖光柵化來快速捕捉場景來更新surface cache。

Lumen是基於LOD來進行計算渲染的，所以如果傳統模型沒有LOD計算會非常慢。如果需要instance static mesh，它必須是Nanite而不是傳統模型，因為在Nanite的網格上會快很多（大概快了10-100倍）。

以下是Lumen在Nainte和lumen scene的渲染對比

然後使用AtlasTexture等來存儲meshcards上麵的光照信息，最後將緩存的光照信息進行最終的IndirectLighting計算。

在最後的渲染階段，Lumen非常依賴用Temporal Super Resolution在內部使用超低分辨率進行渲染，比如說在內部使用1080p的分辨率進行渲染，然後輸出4k的分辨率。但是需要注意的是，如果你在PC平時使用時，沒有調節Screen Percentage而使用默認的100，則在內部也會用4k分辨率去渲染。

3、其他

另外lumen的各種模型限製，材質限製和工作流程限製官網都有列出來

雖然lumen在unreal5中有兩種光線追蹤方法，軟光追和硬光追，但是由於兩者的一些限製，同時開效果會更好。

軟件光線追蹤，可以在任何DX11或更高版本的硬件上運行，並且可以選擇超快運行，但是隻支持有限的幾何類型。而硬件光線追蹤效果很好，但是消耗也非常高。並且硬光追對於PC來說，隻能用D3D12，顯卡最低配置Nvida RTX-2000和AMD RX-6000。

在early access的unreal5中，lumen支持使用的硬件光追的部分，也隻有reflection和部分Final Gather，所以在早期，我們需要同時使用軟光追的距離場和硬件光追來讓lumen工作。

另外硬件追蹤隻會用Nanite的proxy 進行計算。目前硬件光線追蹤作用的場景不能太大，不能多於10000個實例。

硬件光追比軟件光追慢大概一半，但是更準確。使用硬件光追的時候避免重疊的物體，如果從場景裏麵有複製粘貼出來的重疊mesh，則會計算速度會明顯變慢。

另外Lumen Reflections和Ray Traced Reflection（硬光追）的區別：

Lumen Reflection支持：

屏幕追蹤

軟件光線追蹤

動態GI的反射（via surface cache）

天光的移動陰影反射（via surface cache）

兩層Clear coat的反射

Ray Traced Reflections支持：

光照貼圖Lightmap Gi的反射

多次反彈的反射

未來會把更多Ray Traced Reflection的其他功能添加到Lumen Reflection中

來源：Thepoly公眾號