Question

我正在使用vulkan计算着色器开发路径跟踪器。我实现了一个代表bounding volume hierachy的树。 BVH的想法是使需要进行射线相交测试的对象数量最少。

＃1天真实施

我的第一个实现非常快，它将树遍历到BVH树的单个叶。但是，射线可能与多个叶子相交。然后，这段代码会导致某些三角形无法渲染（尽管应该渲染）。

int box_index = -1;

for (int i = 0; i < boxes_count; i++) {
    // the first box has no parent, boxes[0].parent is set to -1
    if (boxes[i].parent == box_index) {
        if (intersect_box(boxes[i], ray)) {
            box_index = i;
        }
    }
}

if (box_index > -1) {
    uint a = boxes[box_index].ids_offset;
    uint b = a + boxes[box_index].ids_count;

    for (uint j = a; j < b; j++) {
        uint triangle_id = triangle_references[j];
        // triangle intersection code ...
    }
}

＃2多叶实施

我的第二个实现考虑到可能会相交多个叶子的事实。但是，此实现比实现＃1慢 36x （好吧，我错过了＃1中的一些交集测试，但仍然...）

bool[boxes.length()] hits; hits[0] = intersect_box(boxes[0], ray); for (int i = 1; i < boxes_count; i++) { if (hits[boxes[i].parent]) { hits[i] = intersect_box(boxes[i], ray); } else { hits[i] = false; } } for (int i = 0; i < boxes_count; i++) { if (!hits[i]) { continue; } // only leaves have ids_offset and ids_count defined (not set to -1) if (boxes[i].ids_offset < 0) { continue; } uint a = boxes[i].ids_offset; uint b = a + boxes[i].ids_count; for (uint j = a; j < b; j++) { uint triangle_id = triangle_references[j]; // triangle intersection code ... } }

这种性能差异使我发疯。似乎只有if(dynamically_modified_array[some_index])这样的单个语句会对性能产生巨大影响。我怀疑SPIR-V或GPU编译器不再能够执行其优化功能吗？所以这是我的问题：

这确实是一个优化问题吗？

如果是，我可以将实现＃2进行更好的优化吗？我可以以某种方式给出优化提示吗？

在着色器中是否有实现BVH树查询的标准方法？

Answer 1

经过一番挖掘，我找到了解决方案。重要的是要理解，BVH树不排除人们需要评估所有叶子的可能性。

下面的实施＃3，使用点击和未命中链接。需要对框进行排序，以便在最坏的情况下以正确的顺序查询所有框（因此，一个循环就足够了）。但是，链接用于跳过不需要评估的节点。当当前节点为叶节点时，将执行实际的三角形相交。

命中链接〜命中时跳到哪个节点（下面的绿色）
miss link〜发生丢失时要跳转到的节点（下面红色）

图片取自here。相关的论文和源代码也来自Toshiya Hachisuka教授的page。 this paper referenced in the slides中也描述了相同的概念。

具有点击链接和缺失链接的＃3 BVH树

我必须扩展通过链接推送到着色器的数据。另外，还需要一些离线摆弄才能正确存储树。最初，我尝试使用while循环（直到box_index_next为-1为止），这再次导致了疯狂的速度下降。无论如何，以下操作相当快：

int box_index_next = 0;

for (int box_index = 0; box_index < boxes_count; box_index++) {
    if (box_index != box_index_next) {
        continue;
    }

    bool hit = intersect_box(boxes[box_index], ray);
    bool leaf = boxes[box_index].ids_count > 0;

    if (hit) {
        box_index_next = boxes[box_index].links.x; // hit link
    } else {
        box_index_next = boxes[box_index].links.y; // miss link
    }

    if (hit && leaf) {
        uint a = boxes[box_index].ids_offset;
        uint b = a + boxes[box_index].ids_count;

        for (uint j = a; j < b; j++) {
            uint triangle_id = triangle_references[j];
            // triangle intersection code ...
        }
    }
}

此代码比快速但有缺陷的实现＃1慢大约3倍。这是可以预料的，现在速度取决于实际的树，而不取决于gpu优化。例如，考虑一个退化的情况，即三角形沿轴对齐：同一方向的射线可能与所有三角形相交，然后需要评估所有树叶。

教授Toshiya Hachisuka针对in his sildes（第36页及以后）的情况提出了进一步的优化方法：一种存储BVH树的多个版本，并沿x，-x，y，-y，z和-z在空间上进行排序。为了遍历，需要根据射线选择正确的版本。然后，只要从叶子上切下一个三角形，就可以停止遍历，因为所有要访问的其余节点都将在空间上位于该节点之后（从射线的角度来看）。

遍历着色器中的界层层次

1 个答案: