使用四面体笼对大量动画几何体进行光线追踪

# 使用四面体笼子追踪海量动画几何体 - AMD GPUOpen 来源：https://gpuopen.com/learn/ray-tracing-massive-amounts-animated-geometry/ ## 动画缩放问题 光线追踪已成为实时图形学中实用的组成部分，但动画几何体仍然存在棘手的缩放问题。论文*Ray Tracing Massive Amounts of Animated Geometry* (https://dl.acm.org/doi/full/10.1145/3820014)由Gruen等人撰写，获得了High-Performance Graphics 2026 (https://www.highperformancegraphics.org/2026/awards/)的Wolfgang Straßer奖第三名（最佳论文），它针对一种常见的生产场景：场景中包含许多复杂物体，且各自以不同方式变形。在传统光线追踪管线中，每个具有独特动画的网格可能需要在每一帧更新其顶点和加速结构。这种计算成本随着三角形密度增长，因此几何密集的植被、草、人群或生物会迅速消耗帧预算。由于每个独特的动画对象可能需要存储自己的包围盒层次结构，内存消耗可能变得过高。 Ray Tracing Massive Amounts Animated Geometry 01*图1. 动画场景，包含约5.85亿个动画三角形，以60帧每秒运行（AMD Radeon™ RX 9070 XT GPU，1080p分辨率）* ## 解耦动画与三角形 论文的核心思想是将动画成本与三角形数量解耦。该方法不是直接对每个三角形应用动画，而是在原始非动画网格周围构建一个低分辨率四面体笼子。在预处理阶段，网格被分割成与四面体相关联的、小而互不相连的片段。然后为这些片段构建静态mini-BLAS，并重复使用。在运行时，只有笼子被动画化。进入动画四面体的光线被转换到相应的静止姿态空间，在那里它们可以与静态几何体相交。产生的运动是一种近似：顶点运动由笼子诱导的分段线性变形表示，而不是由平滑的整体弯曲或完全的逐顶点动画表示。 这使得该方法对大规模场景尤其有吸引力，其中同一资产的多个副本以独特方式动画化。每个独特变形需要自己的动画笼子，但可以共享相同的静止姿态小网格和mini-BLAS。论文通过树、草丛和青蛙示例进行了演示，并在AMD Radeon RX 9070 XT显卡上以1080p、60帧每秒渲染了包含约5.85亿个动画三角形的组合场景。关键信息不是四面体笼子取代所有动画技术，而是当加速结构更新、动画时间或内存占用成为瓶颈时，它提供了一种新的低成本选项。该论文还与Luton和Tricard (2026) (https://hal.science/hal-05646767/document)的独立工作并列，后者也探索了四面体间接寻址，但使用了多条硬件光线且无裁剪步骤。请注意，四面体笼子驱动的动画可以与Microsoft DirectX® Raytracing (DXR) Functional Spec, Part 2 (https://microsoft.github.io/DirectX-Specs/d3d/Raytracing2.html)结合使用——例如，分区顶层加速结构——并且也可以与集群级加速结构共存。 Ray Tracing Massive Amounts Animated Geometry 02*图2. 高层次工作流程* 其权衡在于对质量与性能的控制。较粗糙的笼子成本更低、体积更小，而更精细的笼子能更紧密地跟随原始动画。该方法最适合连通性保持的动画，例如摇曳的植被、草、人群、远处的角色或动画细节层次。它不太适用于拓扑变化、极小尺度运动或尖锐角色变形作为视觉焦点的情况。不过请注意，四面体笼子驱动的动画也可以在分区顶层结构的上下文中使用，并且也可以与集群级加速结构共存。 ## 四面体笼子的未来展望 总体而言，论文将四面体笼子呈现为丰富动画内容与硬件加速光线追踪之间的实用桥梁。通过动画化一个紧凑的代理体并重复使用静态静止姿态几何体，它为那些否则每帧更新成本过高的场景打开了大门。未来工作将集中于改进笼子生成和动画质量，以及与现代化光线追踪管线的集成。请注意，我们正在努力工作，以创建DXR示例和仅含头文件的C++库，从而能够为蒙皮对象、关键帧动画对象和静态对象构建高质量的四面体笼子。如果您正在大规模处理动画几何体，我们鼓励您阅读下方的完整论文，并持续关注GPUOpen，因为这项研究将继续演进。 - 下载*Ray Tracing Massive Amounts of Animated Geometry*论文，并在我们的**研究出版物** (https://gpuopen.com/learn/publications/)页面上查看更多AMD图形研究。 - 观看**High-Performance Graphics 2026演示视频** (https://www.youtube.com/live/h2V8YyfKCVs?t=3631s)关于此论文。 *第三方网站链接仅提供便利，除非明确说明，AMD不对此类链接网站的内容负责，也不表示认可。GD-97。* *DirectX是微软公司集团的商标。*