모바일 플랫폼에서의 Vulkan 기반 광선 추적 렌더러의 성능 프로파일링
Performance Profiling of Vulkan-based Ray Tracing Renderers on Mobile Platforms
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초록
고성능 PC GPU의 등장으로 광선 추적 (ray tracing) 기법은 3D 게임을 비롯한 실시간 렌더링 분야에서 활발히 활용되고 있다. 하지만 모바일 기기에서는 전력 소모, 발열, 제한적인자원 등으로 인해 실시간 광선 추적 기법을 적용하는 데에어려움이 있다. 이에 따라 본 논문에서는 모바일 환경에서의 실시간 광선 추적에 최적화된 Vulkan 기반 렌더러를 개발하고 성능을 분석하였다. 렌더러는 렌더링 방식에 따라 전체 광선 추적 (full ray tracing) 렌더러와 래스터화에 기반한하이브리드 광선 추적 (hybrid ray tracing) 렌더러로 구분하였다. 최적의 구현을위해 각 렌더러에는 광선 추적 파이프라인 (ray tracing pipeline) 과 광선 질의 확장 (ray query extension) 방식을 각각 적용하였으며, 이에 대한 광선 추적 성능을 비교하였다. 또한, 다수의 광원을 사용한 장면에 대해 그림자 광선 투사 및 조명에 따른 쉐이딩 비용을 줄이기 위해 광원의 영향 범위에 따라 쉐이딩을 제한하는 최적화 기법을 활용했다. 이 경우, 빛의 영향 범위를 최대한 작게 유지하면서도 빛의 세기를 적절히 유지하는 것이 중요하므로 이에 적합한 새로운 감쇠 함수를 제안하며, 이를 적용했을 때에 대한 성능을 평가하였다.
Abstract
The emergence of high-performance desktop GPU has enabled ray tracing techniques to be widely used in real-time rendering, including 3D gaming applications. However, applying real-time ray tracing on moblie devices remains challenging due to power consumption, thermal constraints, and limited resources. In this paper, we developed a Vulkan-based optimized renderer for real-time ray tracing on mobile platforms and analyzed its performance. The renderers are categorized into two types: a full ray tracing renderer and a rasterization-based hybrid ray tracing renderer. To achieve optimal implementation, we applied the ray tracing pipeline and ray query extension to each renderer and evaluated their performance. Furthermore, to reduce the shading cost caused by shadow rays in scenes with multiple lights, we adopted an optimization technique that restricts the shading based on the extent of each light’s influence. In this context, maintaining the light’s influence as small as possible while preserving appropriate intensity is critical. To this end, we propose a new attenuation function and assess its performance when applied.