UE4-RTGI

RTGI（Ray Traced Global Illumination，光线追踪全局光照）是 UE4 时代（4.25 引入）的纯硬件光追 GI 方案：用 GPU 的光追核心沿光线方向求交，把间接漫反射”真的算出来”，再靠降噪收敛成稳定画面。

它是 UE4 的产物。到了 UE5，默认 GI 换成了 Lumen（软件优先、可选硬件模式），RTGI 不再是默认，但作为”全光追 / 画质上限”的选项依然在用——高端 PC 上它是有光追能力显卡的事实主流，主机上则是”高质量档 / Pro 机型”的标配。

这篇讲四件事：RTGI 和 Lumen 什么关系、DXR 这个地基是什么、内部怎么工作、为什么它成了高端 PC 和主机高质量档的主流。它在 Base-渲染方案演进总览 里属于 GI 时间线 D 线（实时 GI）的终点之一。

1. RTGI 是什么、和 Lumen 什么关系

Unreal 的 GI 方法有四个可选（后处理体积 > Global Illumination > Method）：None / Lumen / Screen Space / Ray Traced。其中 Ray Traced 就是 RTGI。

关键区分：

一个容易混的点：“硬件 Lumen” ≠ RTGI。Lumen 有 Software / Hardware 两种模式，Hardware Lumen 也用光追核心，但那是 Lumen 管线自己的追踪（Surface Cache + Mesh SDF + 屏幕），不是 RTGI 特性。RTGI 是独立的那条光追 GI 管线，UE4.25 引入，UE5 里继续存在，虽然不再是默认，但被追求”全光追”画质的项目广泛使用。

2. DXR 是地基：硬件 → API → 技术

先说清一个常被混的层级——DXR 和 RTGI 不是一个层面的东西，别并列比：

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硬件层    RTX / RDNA2 的光追核心（RT Core）—— 真正的求交算力
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API 层    DXR（DX12）/ Vulkan RT / Metal RT —— 引擎跟硬件之间的接口
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技术层    RTGI、RT反射、RT阴影、RT AO、Path Tracing —— 基于 API 做出的效果
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应用层    UE 的 RTGI / Unity HDRP 光追 / 个人 DXR demo

• DXR（DirectX Raytracing）是微软给 D3D12 加的一整套光追 API：加速结构（BLAS / TLAS）、Shader Table、DispatchRays、RayGen / Hit / Miss 三种 shader。它只负责”让 GPU 能算光线求交”，不管算出来的是 GI 还是反射。
• RTGI 是跑在 DXR 之上的具体技术。Vulkan RT 是另一条对等 API；主机上 Xbox 走 DXR（DX12 系），PS5 走索尼自己的 RT 接口，UE 都有对应实现。
• RTGI、RT 反射、RT 阴影全是 DXR 的”应用层租户”。Unity HDRP 的光追 GI、GitHub 上那些”Unity 玩 DXR”的个人 demo，调的也是同一个 API，只是没被封装成 UE 这种完整方案。

一句话：DXR 是地基，RTGI 是地基上的一栋楼。 判断任何光追效果，先问它用的是哪一层。

3. 内部原理

3.1 两种模式：Brute Force vs Final Gather

动态光照质量要求高用 Brute Force；静态为主的场景用 Final Gather 能省不少开销。

3.2 关键参数

• Max Bounces：光线最大反弹次数。默认 1 就已经有不错的间接光；2+ 更真实但贵。
• Samples Per Pixel（SPP）：每像素采样数，默认 1。每加 1 都线性涨成本，所以实时跑时基本都是 1 SPP，质量全靠后面的降噪补。

3.3 管线：1 SPP 光追 + 重建

实时预算下 RTGI 的流程大致是：

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低分辨率 G-Buffer（深度/法线/世界坐标）
  → 光线生成（每像素 1 条主光 + 按 Max Bounces 的次级光）
  → 硬件求交（BVH 加速结构，DXR / Vulkan RT）
  → 命中点的辐照度
  → 降噪（时域累积 + 空间滤波）→ 干净的间接漫反射

关键点：1 SPP 的蒙特卡洛结果是极噪的，RTGI 能实时完全靠重建（降噪）撑着——这是它和 Lumen 走”数据结构预计算”（Surface Cache）最大的思路差异。

3.4 降噪：RTGI 真正的功臣

• 时域累积：用运动矢量把上一帧结果重投影回当前帧，累积叠加（类似 TAA 的思路）。这是把 1 SPP 变成”等效几十 SPP”的核心。
• 历史校验：重投影后要判断历史是否可信——被遮挡、新出现的像素要丢弃历史，否则残影 / 延迟。
• 空间滤波：边缘感知（深度、法线、亮度做 edge-stopping）+ 方差引导的滤波（SVGF 那套），防止跨物体边缘漏色、抹掉接触阴影。
• 默认降噪器：UE 默认加载 Intel Open Image Denoiser（OIDN） 插件；进阶可用 ReSTIR（时空重采样）压低方差。

时域累积的代价是收敛慢：光照突变、物体突然出现时，画面需要几帧到十几帧”burn-in”才能稳定，快速切换场景会有残影。1 SPP 下接触阴影也常被滤波抹掉。

3.5 光追家族

RTGI 不是孤立的，它和 UE 的其他光追特性共享同一套 RT 基础设施：

高端 PC 的”全光追”档通常就是 RTGI + RT 反射 + RT 阴影 + RTAO 一起开。

4. 为什么在高端 PC 和主机成为主流

4.1 高端 PC：RTGI 已是标配

RTX / RX 的光追核心从 2018/2020 年算起攒了六七年算力，加上降噪算法成熟（OIDN、SVGF、ReSTIR），高端 PC 上”全光追”已经从演示噱头变成质量档的标准配置——开 RTGI 不再是尝鲜，而是”画质上限”的默认选项。

4.2 主机：分两档在走

按 Digital Foundry 等对次世代 UE5 游戏的实测，主机的真实格局是：

值得注意的趋势：UE5.5+ 对硬件光追做了大量性能优化，原本 CPU/GPU 都吃紧的项目现在能在主机上开 60Hz 的硬件 Lumen——这也是”RTGI 式硬件光追往主机走”的底层推力。

4.3 为什么是 RTGI 而不是 Lumen 全包

• Lumen 是”够好 + 便宜”的默认；RTGI 是”更准 + 更贵”的上限。
• 追求画质上限的项目（尤其配合大量镜面反射、通透场景）选 RTGI；追求覆盖面、60fps 的项目选 Lumen。
• 二者不是替代，是按目标帧率 × 硬件档次选。

5. RTGI vs Lumen：一次讲透

一句话：Lumen 是”每个人都能开”的 GI，RTGI 是”高档硬件上逼近参考”的 GI。

6. 使用与调优（常见坑）

1. 1 SPP 噪声 + 残影：这是 RTGI 的常态。配合 TAA/TSR 一起用，别指望 RTGI 自己消噪；光照突变场景注意 burn-in 延迟。
2. Max Bounces 不是越高越好：默认 1 够用，2 看性能余量；动态场景 bounce 高收益递减。
3. 降噪器别漏配：确认加载了 OIDN 或等效降噪插件，否则 1 SPP 就是糊成一团。
4. 半分辨率是性价比点：GI 光线在 1/2 分辨率跑，配合空间滤波，画质损失小、成本省一半。
5. 和 Lumen 混用要清楚：全场景 RTGI + Lumen 反射之类的混合是可行的，但要理解两套数据各管什么，别在同一用途上双重开。
6. 主机上先看帧率预算：RTGI 是”帧率换画质”的典型，主机上要么质量档 30fps，要么 Pro 机型，别指望 60fps 性能档全开。

7. 总结

RTGI 的知识链：

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硬件光追（DXR / Vulkan RT，BVH 求交）
  → 1 SPP 光线生成（Brute Force / Final Gather，Max Bounces 控制深度）
  → 低分辨率降采样
  → 降噪（时域累积 + 空间滤波，默认 OIDN，进阶 ReSTIR）
  → 稳定的间接漫反射

它成为高端主流的原因就一条：硬件算力 + 降噪算法双双成熟后，”真的算出来”的 GI 在高端硬件上变成了可接受的成本。而它在主机上扩散的速度，取决于 UE5.5+ 的 HWRT 优化和 Pro 机型能释放多少算力——这条线还会继续往低端渗透。

参考资料

• UE 文档 — Ray Traced Global Illumination
• UE 文档 — 光线追踪与路径追踪特性参数
• Digital Foundry — UE5 主机健康度检查（2023）
• UWA — RealtimeGI 实战：ReSTIR 时空重采样降噪管线
• NVIDIA RTXGI（光追探针方案，DDGI）