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概述

欢迎！在本系列中，我们将为 Vulkan 渲染器添加光线追踪特性，以实现实时像素级阴影（包含和不包含透明度）以及一个额外的反射效果。你将基于提供的脚手架代码（基于 Vulkan 教程）进行开发，并按照分步指导填充关键的着色器函数。

幻灯片可在此处获取：这里。 源代码可在此处获取：这里。

学完本系列后，你将掌握以下技能：

  • 使用 Vulkan 动态渲染（无需预定义渲染通道），并通过 RenderDoc 进行验证。

  • 为光线追踪创建底层和顶层*加速结构*（BLAS 和 TLAS）。

  • 实现基于 Ray Query 的*阴影射线*（先处理全不透明几何体，然后处理带 alpha 测试*透明度*的几何体）。

  • 在 Nsight Graphics 中调试/检查加速结构。

  • （可选）实现基于 Ray Query 的*反射*。

前置要求： 本系列面向中级 Vulkan 程序员。我们假设你已经完成了基础的 Vulkan 教程（图形管线、描述符集等）。如果尚未完成，你仍可以在概念上跟进。我们提供了一台配备最新 Vulkan SDK（1.4.311）、支持光线追踪的 GPU（Vulkan Ray Query），以及 RenderDoc 和 Nsight Graphics 的 Windows 机器。

移动端最佳实践说明：

  • 我们使用 VK_KHR_dynamic_rendering（Vulkan 1.3 核心功能）替代传统的渲染通道。这不仅简化了 API，而且结合 VK_KHR_dynamic_rendering_local_read 扩展，可以实现类似于子通道的 tile 本地存储读取，这对移动端基于 tile 的 GPU 来说非常重要，有助于节省带宽。

  • 我们在片段着色器中使用 Ray Query（来自 VK_KHR_ray_query），而不是单独的光线追踪管线。在移动端，Ray Query 的支持范围要广泛得多，并且（取决于用例）通常比完整的光线追踪管线更高效。Ray Query 可以很好地融入片段着色流程，利用片上压缩并避免上下文切换。

提供的代码： 提供的代码是一个 Vulkan 渲染器，已经实现了基本的图形管线并使用了动态渲染。它基于 Vulkan 教程，并自包含在单个 C++ 源文件和 Slang 着色器文件中：

源代码的结构旨在引导你逐步完成各个任务，并提供了提示和样板代码。它还设置了所有必需的扩展和功能，包括 VK_KHR_acceleration_structure 和 VK_KHR_ray_query。 你会看到代码中标记有 // TASKxx 的部分，我们将在每一章中引用这些部分。

在 C++ 文件的顶部，请注意以下变量：

#define LAB_TASK_LEVEL 1

在特定阶段，我们会指导你更新此变量并重新构建，以验证关键更改的效果，无需编写新代码。

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构建并运行

你可以从 Visual Studio 中构建并运行提供的示例（将 38_ray_tracing 设为启动项目），或者通过命令行：

cmake --build build --target 38_ray_tracing --parallel; start .\build\38_ray_tracing\Debug\38_ray_tracing.exe -wo .\build\38_ray_tracing\

请注意，上述命令与基础教程相比没有变化，你可以像完成教程其余部分一样，继续在其他平台上构建。

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