光子引擎联合作战：跨设备光线追踪任务分解与算力缝合方案

爱学习的小齐哥哥

发布于 2025-6-20 10:50

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引言

光线追踪（Ray Tracing）是实现电影级光影效果的核心技术，但其计算复杂度极高（单帧渲染需数万亿次光线计算），传统单设备（手机/平板）难以兼顾画质与帧率。本文提出跨设备协同光追方案，通过“手机初级光追+智慧屏次级反射”的任务分层，结合@kit.RenderEngine算力缝合技术，将手机的高实时性与智慧屏的高算力结合，实现“1+1>2”的渲染效率突破。

一、跨设备光追的核心逻辑与任务分层

1.1 光线追踪的计算瓶颈

光线追踪的核心流程（图1）包括：
光线发射：从相机/光源发射光线；

碰撞检测：光线与场景几何体（网格、材质）的交点计算；

着色计算：基于材质属性（漫反射、高光）与光照模型（BRDF）计算颜色；

全局光照：模拟光线多次反射/折射后的间接光照（如镜面反射、漫反射反弹）。

其中，全局光照（占计算量的60%-80%）是性能瓶颈，需高性能算力支撑。

1.2 设备算力与任务适配性分析
设备类型算力特点适合的任务层级
手机（中端） CPU/GPU算力有限（约5-10TOPS）初级光追（光线发射、直接光照、简单反射）
智慧屏（高端） GPU算力强（约30-50TOPS）次级反射（全局光照、复杂折射、多反弹）

1.3 任务分层策略

将光线追踪任务拆分为初级光追与次级反射两个阶段（图2）：
初级光追（手机端）：完成基础光线发射、直接光照（如阳光/灯光直射）、简单反射（如镜面一次反射），生成低精度但实时的光照缓存；

次级反射（智慧屏端）：基于初级的光照缓存，计算复杂的全局光照（如光线经多次墙面反射后的间接光）、折射（如玻璃/水面的光线偏折）、多反弹（光线在场景中多次反射），提升画质细节。

二、跨设备协同的技术实现

2.1 算力缝合框架：@kit.RenderEngine

@kit.RenderEngine是华为自研的跨设备渲染引擎，支持：
任务分发：将渲染任务按设备算力动态分配；

数据同步：通过高效通信协议（如RDMA）实现设备间数据低延迟传输；

结果融合：将多设备的渲染结果（如颜色、深度、法线）合并为最终画面。

2.2 关键模块实现

2.2.1 手机端：初级光追模块

手机负责快速生成初级光照数据，核心代码（GDScript）如下：

手机端初级光追器（MobilePrimaryRayTracer.gd）

extends Node

var render_engine: @kit.RenderEngine # 跨设备渲染引擎实例
var scene: PackedScene # 场景资源（网格、材质）

func _ready():

初始化渲染引擎，注册手机端任务类型

render_engine.init(“mobile_primary”, {“max_rays_per_pixel”: 50}) # 低精度参数

func render_frame(camera: Camera3D):

1. 发射初级光线（仅直接光照+一次反射）

var primary_rays = emit_primary_rays(camera)

2. 计算碰撞与直接光照（手机GPU加速）

var hit_results = render_engine.compute_hits(primary_rays, scene)
var direct_light = compute_direct_light(hit_results, scene.lights)

3. 生成初级光照缓存（包含位置、法线、直接光照颜色）

var primary_cache = generate_primary_cache(hit_results, direct_light)

4. 将初级缓存传输至智慧屏（通过@kit.RenderEngine同步）

render_engine.send_to_secondary(“primary_cache”, primary_cache)

2.2.2 智慧屏端：次级反射模块

智慧屏基于手机的初级缓存，计算复杂的全局光照与次级反射，代码示例如下：

智慧屏端次级反射器（SmartScreenSecondaryRayTracer.gd）

extends Node

var render_engine: @kit.RenderEngine # 共享渲染引擎实例
var scene: PackedScene # 同步自手机端的场景资源

func _ready():

注册智慧屏任务类型（高精度全局光照）

render_engine.init(“smart_secondary”, {“max_rays_per_pixel”: 200, “bounce_limit”: 3})

func render_frame(primary_cache: PrimaryCache):

1. 接收手机端初级缓存

var primary_data = render_engine.receive_from_primary(“primary_cache”)

2. 计算次级反射（全局光照+多次反弹）

var secondary_rays = emit_secondary_rays(primary_data) # 基于初级缓存生成二次光线
var hit_results = render_engine.compute_hits(secondary_rays, scene)
var indirect_light = compute_indirect_light(hit_results, scene.lights) # 全局光照计算