华为3D游戏引擎突破？ 手游光追、全局光照与LOD技术ready？！

随着游戏精品化时代的来临，图形渲染，特别是3D渲染愈发成为游戏开发者聚焦和努力提升的方向，在10月23日举办的2021华为开发者大会HMS Core 6.0:Graphics分论坛上，华为消费者云服务Scene Kit高级产品经理梁鹏详细介绍了华为提供的全新解决方案——Scene Kit，尤其是手机端实现光线追踪让人大开眼界。

华为Reality Studio

那么，华为是不是在做3D游戏引擎？Scene Kit提供的图像渲染、物理引擎技术这些只是一款3D游戏引擎必备的功能，而在同期举行的AR & VR分论坛上，华为直接拿出来了Reality Studio这个产品，其中涵盖了场景编辑、3D模型库、界面开发、代码编辑器、多平台支持、粒子、物理系统等功能，至少在AR/VR的场子上，GameLook认为华为的Reality Studio已经能称之为一款功能较为全面的3D引擎，华为是否有兴趣在Scene Kit的基础上再往前一步、成为一款专业的3D游戏引擎呢？技术上对华为难度不大，但是否会真的作只能由华为来作答了。

以下为梁鹏演讲实录：

首先我介绍一下我们的第一个能力，也就是图形3D渲染引擎的轻量化的一个解决方案。我们这个轻量化解决方案包含的是一些基本的3D要素与功能，比如说PBR管线、动画、物理引擎和粒子特效。它可以允许我们的开发者，在不需要学习特别高深的图形渲染技术的前提下，很轻松地创建出你想要的一些3D的效果，并集成在你的应用中。

具体来说，首先我们实现了一个标准的轻量化的 PBR管线，它支持标准的PBR物理材质，也包括第三方导出的一些物理材质，例如Substance、3D MAX MAYA这些标准的材质库的导出。它可以从开发到运行，精准表达出物体所展现的一些物理材质的特征。

接下来就是我们Scene Kit的动画系统，这个动画系统实现的是一个骨骼动画，其中包括glTF或者FBX里的一些标准骨骼内容元素的驱动，同时我们也支持IK动画技术。

我们还自研了一套轻量化的物理引擎，该引擎可以模拟一些简单的物体碰撞、坠落或运动效果。同时我们今年也是首次在移动端做了流体的模拟仿真。

为了增强Scene Kit的表达，我们实现了一套粒子系统。这套粒子系统可以模拟一些自然效果，比如火焰、烟雾、爆炸、泡沫、瀑布等，通过粒子来表达真实的物理效果。

第二个是我们的3D物理流体模拟效果，我们今年在手机主题上，集成了Scene Kit的能力，当手机晃动的时候，流体是实时在做一些物理的模拟，可以增强主题的趣味性。

接下来就是我们的图形增强的服务能力和插件。相对于轻量化的应用，实际上游戏的应用是比较复杂的。而在游戏的场景方面，华为也积累了很多年的图形技术，之前是给我们内部的产品在使用，包括做一些游戏的在华为手机上的优化等等，现在我们想通过HMS CORE把相关的技术和能力开放，为我们的游戏开发者提供一些效果和性能上的提升，所以推出了我们的游戏增强能力和插件，下面我将逐一介绍。

第一个就是光线追踪技术Ray Shop。实际上光线追踪技术是我们Scene Kit的一个非常重要的特性，也是我们全力打造的一个模块。大家都知道光线追踪可以呈现非常好的3D真实效果，可以实现一些不规则表面的反射或者折射效果，如湖面的倒影、曲面的反射。但是光线追踪因为算力的要求，特别是实时追踪，基本只运用于 PC和主机侧，对于移动端而言实现难度比较高。此次我们将华为自有的一项GPU Turbo相关的专利级RT技术提炼和开放出来。相比于 PC端的RT技术，我们将能耗比优化到了1:10，也就是说原先需要10倍算力的光线追踪效果，我们现在只需要1倍就可以完成，这样省出了一大部分的资源算力让RT技术能对光栅化管线做补充，从而实现移动端的应用效果。

此外，光线追踪技术本身算力比较大，所以我们在实现的时候也做了一定的工具，能够让我们的开发小伙伴能够方便地集中我们的插件。结合我们的光栅化管线，你可以通过工具把场景里面的物体遍历出来，然后选择你要做的光追的一些反射，或者说镜面的一些反射物或者是被反射物，以此在软光化的基础上，实现一些光追特效。这个视频是我们今年在《天域》手游中落地的一个场景，实现了光追效果的显著提升。我们有相应的RT专家可以提供技术支撑，来帮助合作伙伴在项目上落地。

第二个技术是我们今年主要打造的DDGI技术，也就是实时的动态漫反射的全局光照技术。大家可以先看一下这个Demo，我们在手机上做了一个类似拉窗的场景，这个场景里面我们实际上是放了一个8×8×8的一个light probe，然后有一些IBL和平面光也在这个场景中。所以说当他拉窗的时候，后面的墙面和地面会有一些渐进光的照射，然后会点亮。如果说没有DDGI的加持，后面这块点亮效果就不会明显，整体观感会变暗。DDGI技术，特别是动态的DDGI技术本身也是需要很大的算力的。在传统的DDGI中，一个光源像素的渲染就需要N×N的渲染计算，手机上远远是达不到的。所以我们对这个计算量做了一定的优化，将渲染映射到SH上，在9个SH上进行计算，也就是Project Renderings to SH，由此我们的计算量下降为了9×N。计算量的下降能够保证我们的DDGI在手机上的同样能够得到支撑。同时我们的DDGI也能支持多种光源，比如平行光、点光源、 面光源，此外也可以支持动态场景。目前我们也在尝试跟我们的小伙伴去做一些对接和调试，希望很快能够跟大家在实际的产品上见面和应用。

最后一个就是我们的Good Culling技术，也就是优化剔除的方案。优化剔除其实在游戏里用的比较多，为了保证性能，很多时候在游戏的场景里很多模型需要做一些预处理，就是要把一些屏幕上看不见的模型去除掉。传统的优化剔除基本上都是基于GPU的方案，这种方案会带来跳动的问题，比如你在这一帧或者下一帧处理的时候，并没有发生遮挡，但是你需要拿到上一帧的数据，此时还没有遮挡，所以无法处理这个遮挡关系，进而就会产生跳动。我们提出了一个优化方案，也就是基于CPU的软光栅化方案，相当于把我们的遮挡物写到我们的Z-buffering当中，然后再通过我们的Z-buffering的测试，识别出被遮挡物并加以剔除。CPU这块剔除的好处就在于没有了GPU的跳动问题，也没有了兼容性的问题，在低端手机上也能够运行良好。从我们的实验测试数据来看，基本上前后的帧率大概有10%-15%的提升。