Embree ソースコードのメモ

Embree のソースコードを読解して, Embree でビルドした BVH データを自作のレイトレーサーで使いたいとか, 独自機能をつけくわえたいとかしたい人向けです.

手前味噌ですが, NanoRT https://github.com/lighttransport/nanort のコードを読んでいくと Embree のコードの理解も早いかと思います
(あとは PBRTv3 book http://www.pbr-book.org/ の 2 Geometry and Transformations から 4 Primitives and Intersection Acceleration まで).

hair, subd 周りが後ほど追加されたロシアンな香りただようソースコードで, 実装パートのコードがかなりトリッキーかつコメントがないので読むのに苦労します.
(昔のコードや, API はそれなりにコメントが書かれています)

ソースコードの主なレイアウトは以下です.

include/ : ヘッダーファイル. ユーザが見る public Embree API
common/ : 共通コード
  algorithms : `parallel_for` などの実装
  cmake : コンパイラやアーキテクチャごとの cmake 設定
  tasking : タスクスケジューラ. tbb などを使っています.
  math, simd : SIMD 型ライブラリ, vec4 の定義などがあります.
kernels/ : レイトレカーネル(BVH 構築と, traverse, intersection)
  builders :  BVH 構築のアルゴリズム実装があります.
  bvh : BVH traversal, intersector があります.
  common : 
  geometry : 形状
  subdiv : Subdivision surface 周り

概要

Embree: A Kernel Framework for Efficient CPU Ray Tracing
https://www.embree.org/papers/2014-Siggraph-Embree.pdf

を読みましょう.

以外と結構昔からあるのと, 性能重視なので, ソースコードは C++03 + C++11 を少々, みたいな感じです.

用語

• primitive : 形状を構成するプリミティブ. 三角形形状の場合は面(face)に対応.
• geometry : 形状(shape, mesh)に対応. primitive から成る.
• instance : geometry のインスタンシング. instance 自体がジオメトリタイプとなる(一旦 scene を作って, それを instancing して新しく scene を作るという段取りになっておりややわかりずらい)

instanceID については, 交点(RTCHit)では複数持つことができる

Multi-level instancing に使える

(大規模シーン向けかな?)

• intersection filter : ヒットするかもしれない交点が見つかったときに, ユーザ定義のコールバック関数(filter)を呼ぶことができる. 一見これでなんでもできそうだと思ってしまうが, 制約がいろいろあり, 万能ではない.

common/math

vec4 などの型を定義しています.
SSE, NEON 命令(embree-aarch)などを wrap しています.
したがって基本的には SSE 命令などはこの math フォルダ以外では出てきません.
新しいアーキテクチャに対応するときはここと, common/sys あたりと, cmake の設定をいじればよいことになります.

common/sys

atomic や thread の実装, ISA の情報などがあります.

builders(BVH build アルゴリズム)

• primrefgen : PrimRef 生成
• hair 専用
• heuristic
• SAH builder
• motion blur 用(MB hair)

bvh

データ構造は

• BVH4(四分岐)
• BVH8(8分岐). AVX が有効の場合のみ.

の二つがあります. 普通の BVH(二分岐)は無いようです.

builder, intersector

builder, intersector はいろいろあります.

• node_intersector : two-level BVH traverse 用?

geometry

curve primitive は結構特殊です.

• curve
• curveNi : 複数の Curve をまとめて処理
• curveNv
• disc
• grid
• instance
• line
• quad
• sphere
• subdivpatch
• triangle
  • moeller
  • pluecker
  • woop
  • motion blur 対応

ファイル名命名規則?

• ***i.h : index で primitive にアクセスする場合に利用される
  • fill : プリミティブ情報を格納する
  • update : bounding box アップデート
• ***v.h : プリミティブの直接の配列(array of structure. index 無し)バージョン　
• ***_intersector.h : プリミティブの交差判定コード

curveNi

Curve prim の情報(primID, geomID, bounds, etc) を fill メソッドでメモリにパックしていますが, メモリレイアウトはハードコードされているので注意ください.

bounds_vx_x() などの取得関数は, ハードコードされたメモリレイアウトから, reinterpret cast してデータを返すようになっています.
ロードやストアのアラインメントに制約があるハードではここは移植が面倒かもしれません.

curveNi_intersector.h が実際に交差判定を行う関数が書かれています.

subdivision surface

subdivision surface は, OpenSubdiv を使わずに自前(!)で処理しています.