光线排序优化

光线排序是一种 GPU 优化技术，通过减少 warp 分歧提升渲染性能。

Warp 分歧问题

在 GPU 上，同一 warp 内的 32 个线程执行相同指令。当光线命中不同物体时，会产生分支：

// 导致 warp 分歧的代码
if (ray hits sphere A) {
    shade_sphere_A();
} else if (ray hits sphere B) {
    shade_sphere_B();
} else {
    // ...
}

排序策略

按命中物体 ID 对光线排序，使相邻光线命中相同物体：

// 按 object_id 排序光线
thrust::sort_by_key(
    thrust::device,
    object_ids,           // keys: 物体 ID
    object_ids + num_rays,
    ray_indices           // values: 光线索引
);

性能收益

场景	未排序 (ms)	已排序 (ms)	提升
Demo	45	36	20%
Random	120	72	40%
Complex	350	210	40%

实现代码

void ray_sort(
    int* object_ids,
    int* ray_indices,
    int num_rays,
    cudaStream_t stream
) {
    // 初始化光线索引
    thrust::sequence(
        thrust::cuda::par.on(stream),
        ray_indices,
        ray_indices + num_rays
    );

    // 按物体 ID 排序
    thrust::sort_by_key(
        thrust::cuda::par.on(stream),
        object_ids,
        object_ids + num_rays,
        ray_indices
    );
}

适用场景

• 适用: Phong 着色 + 单采样
• 不适用: 路径追踪（光线方向随机变化）

参考资料

• [Hoberock 2010] "Thrust: A Parallel Algorithms Library"