AMD新光追技术显著降低BVH内存使用量

AMD 展示了一项图形学研究突破，有望大幅降低光线追踪复杂动画环境时的显存与计算开销。其“四面体笼”（tetrahedral cage）技术，能够在实时条件下对数亿个独立动画的三角形进行光线追踪，而无需承担此类工作负载传统上所需的庞大加速结构（即包围盒层次结构，简称 BVH）开销。

在 9 月 17 日发布的一篇全新 GPUOpen 文章中，AMD 院士 Holger Gruen 用一个包含约 25,000 株独立动画植被的大规模地形场景演示了这项技术。在最高细节层次（LOD）下，这些植被约有 28 亿个三角形。经过 LOD 选择之后，每帧约有 5 亿个动画三角形通过主光线与阴影光线完成光线追踪，在 Radeon RX 9070 XT 上以 1080p 分辨率跑出超过 60 FPS 的帧率。

真正的突破在于这项技术大幅降低的显存占用与加速结构更新成本。传统的光线追踪实现要求每个独立动画的对象都维护并更新各自的包围盒层次结构（BVH）——这是一种用于高效判断光线可能与哪些几何体相交的加速结构。随着场景复杂度提升，更新这些结构的成本可能会高到难以承受。

AMD 的做法，是把密集几何体封装在相对简单、可形变的四面体笼之内。这项技术不是去更新每一个顶点及其关联的加速结构，而是让周围的笼子动起来，同时保持原始的密集几何体及其 BVH 静止且可复用。在相交测试之前，光线会被变换回几何体原始的参考坐标系。

上表数字出自 AMD 在 Radeon RX 9070 XT 上进行的独立动画植被演示。

这意味着，与传统方法相比，加速结构的显存占用降至约 1/47，BVH 更新时间则缩减逾 90 倍。关键在于，这些改进直指两大主要瓶颈——正是它们阻碍了密集动画环境的高效光线追踪。

这项技术也存在一些取舍。四面体笼牺牲了对单个顶点动画的精细控制，因而特别适合密集植被、草丛、人群和远景角色，而不太适合需要精确形变或改变网格拓扑的动画。

虽然目前这仍是一项研究演示，而非已落地到在售游戏中的功能，但它为构建几何更复杂、完全动画化的环境提供了一条充满希望的路径——而且无需配备超大显存的 GPU。

《Ray Tracing Massive Amounts of Animated Geometry》

论文《Ray Tracing Massive Amounts of Animated Geometry》（作者 Gruen 等人）在 High-Performance Graphics 2026 上获得沃尔夫冈·斯特拉瑟奖（最佳论文）第三名，它针对的是一个常见的生产场景，即场景中存在大量复杂物体，且每个物体的形变方式各不相同。在传统的光线追踪管线中，每一个独立动画化的网格都可能需要每帧同时更新其顶点和加速结构。这一计算成本随三角形密度增长，因此几何上密集的植被、草地、人群或生物会很快吃满帧预算。而由于每个独立动画化的物体都可能需要存储自己的一套层次包围盒（BVH），内存占用可能高到难以为继。

论文的核心思想是让动画成本与三角形数量解耦。该方法并不直接对每个三角形施加动画，而是在原始的非动画网格外围构建一个低分辨率的四面体笼。在预处理阶段，网格被切分成与各四面体相关联的小型互不相交的碎块。随后为这些碎块一次性构建静态 mini-BLAS，并反复复用。运行时，只有笼体被动画化。进入某个动画化四面体内的光线会被变换到对应的静止姿态空间，在那里与静态几何体求交。由此得到的结果运动是一种近似：顶点运动由笼体所诱导的分段线性形变来表示，而不是通过平滑的全局弯曲或完整的逐顶点动画来实现。

这使得该方法对于那种同一资产存在大量副本、且各副本以不同方式动画化的巨型场景尤其有吸引力。每一种独有的形变都需要自己专属的动画化笼体，但它可以共享同一套静止姿态的 mini-mesh 与 mini-BLAS。论文以树木、草块和青蛙为例进行了演示，并展示了一个组合场景，约 5.85 亿个动画三角形，在 AMD Radeon RX 9070 XT 显卡上以 1080p、60 帧每秒渲染。关键信息并不是四面体笼会取代所有动画技术，而是当加速结构更新、动画耗时或内存占用成为瓶颈时，它提供了一个额外的低成本新选项。该论文与 Luton 和 Tricard（2026）的类似独立工作同期出现，后者探索了四面体间接引用，但使用多条硬件光线且不含裁剪步骤。请注意，四面体笼驱动的动画可以与 Microsoft DirectX® Raytracing（DXR）功能规范第 2 部分结合使用，例如分区式顶层加速结构，也可以与集群级加速结构共存。

这里存在一个权衡，即质量控制与性能之间的取舍。较粗的笼更省成本、体积更小，而更精细的笼可以更贴近原始动画。该方法最适合保持连通性的动画，例如摇曳植被、草地、人群、远处角色或动画 LOD。它不太适合拓扑发生变化、运动尺度极小，或锐利的角色形变作为视觉重点的场景。不过请注意，四面体笼驱动的动画同样可以用于分区式顶层结构的语境，也可以与集群级加速结构共存。

总体而言，论文将四面体笼呈现为连接丰富动画内容与硬件加速光线追踪的一座实用桥梁。通过为一个紧凑的代理体做动画并复用静态静止姿态几何体，它为那些原本每帧更新成本过高而无法实现的场景打开了大门。未来工作将聚焦于改进笼体生成与动画质量，以及与现代化光线追踪管线的集成。请注意，我们正在全力开发 DXR 示例和一个仅头文件的 C++ 库，用于为蒙皮对象、关键帧动画对象以及静态对象构建高质量的四面体笼。