深度解析Nvidia RTX Technology光线追踪技术

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NVIDIA在星期一宣布 推出了NVIDIA RTX技术。这是两种光线追踪技术,可为游戏开发者提供电影级画质的实时渲染。官方表示,它是NVIDIA在计算机图形算法和GPU架构领域经过10年努力所取得的成果。

它所含在NVIDIA Volta架构GPU上运行的光线追踪引擎。它的设计支持通过各种接口进行光线追踪,立足于此,NVIDIA与微软紧密媒体媒体合作,通过微软新的DirectX Raytracing (DXR) API提供全面的RTX支持。

没法 那先 的问题来了,这对游戏玩家原应那先 ?RTX Technology又是一项为社 样的技术呢?

下面同時 来看看这篇科普吧~

光线追踪是亲们熟悉而又陌生的技术,去过电影院的人肯定见过,然而除了计算机图形领域的研究者,外界对该技术的了解知之甚少。光线追踪是现代电影生成或增强特殊效果所依赖的两种技术,比如逼真的反射、折射和阴影。正是那先 效果的运用打发明权了科幻史诗片中的星际战士。这种 技术会使飙车场景令人血脉喷张,使战争片的火焰、烟雾和爆炸场景看起来像身临其境。

光线追踪生成的影像与摄影机拍摄的影像没法区分开来。真人电影将计算机生成的效果与真实拍摄的影像无缝融合在同時 ,而动画电影则通过光线和阴影隐匿用数字法律方式生成的场景,力求达到摄影机拍摄般的传神效果。

提及光线追踪,两种很简便的法律方式后后立即环顾玩家的四周。玩家看后的物体被光束照亮,现在背后,追踪那先 光束从玩家的眼睛向后到与光线交互的物体的路径,这后后光线追踪

后后玩家最近去看后电影,应该能在动作片中看后光线追踪。

但在过去,计算机硬件的下行速度 严重不足快,无法实时使用那先 技术,比如在视频游戏中。电影制作人可以 随心所欲地花时间来渲染单个帧,后后亲们会在渲染场中离线渲染。而视频游戏画面转瞬即逝。后后,亲们依赖于另两种技术来防止大部分实时图形,即光栅化。

那先 是光栅化?

长期以来,实时计算机图形时不时 使用两种称为“光栅化”的技术在二维屏幕上显示三维物体。该技术下行速度 快,且效果足够好,尽管它仍然比不上光线追踪所能达到的水平。

借助光栅化技术,可以 在屏幕上通过用于创建物体3D模型的虚拟三角形或多边形网格创建物体。在这种 虚拟网格中,每个三角形的角(称为顶点)与大小和底部形态不同的很多三角形的顶点相交。每个顶点关联着一定量信息,包括其在空间中的位置以及有关颜色、纹理及其“正常形式”的信息,那先 信息用于挑选物体所朝向的皮层的形式。

计算机后后将3D模型的三角形转换为2D屏幕上的像素或点。可以 根据存储在三角形顶点中的数据为每个像素分配曾经初始颜色值。

进一步像素防止或“阴影防止”,包括基于场景中的光线怎么才能 才能 碰撞像素改变像素颜色,以及将曾经或多个纹理应用于像素,从而结合生成应用于像素的最终颜色。

这种 技术的计算量异常大。曾经场景中的所有物体模型可以 使用多达数百万个多边形,4K显示器所含近30万个像素。后后,屏幕上显示的每个帧或图像通常会在显示器上每秒刷新30到90次。

此外,都要使用内存缓冲区(为加快运行下行速度 预留出来的很多临旧时光间)在即将到来的帧于屏幕上显示以前预先渲染那先 帧。还需使用深度图或“z缓存”存储像素深度图信息,以确保在屏幕上显示像素的x-y屏幕位置上的顶层物体,后后顶层物体背后的物体保持隐藏清况 。

这正是图形富足的现代计算机游戏依赖于性能强悍的GPU的原应。

那先 是光线追踪?

光线追踪技术与此不同。在真实世界中,亲们看后的3D物体被光源照亮,且光子可以 在到达查看者的眼睛以前从曾经物体反弹到曾经物体。

光线后后会被很多物体阻挡,形成阴影,或后后会从曾经物体反射到曾经物体。比如亲们看后曾经物体的图像反射在曾经物体皮层的情景。然都在占据 折射–光线穿过透明或半透明物体(如玻璃或水)时占据 变化的清况 。

光线追踪通过从亲们的眼睛(观景式照相机)反向追踪光线捕捉那先 效果,这种 技术是IBM的Arthur Appel于1969年在《Some Techniques for Shading Machine Renderings of Solids》中首次提出的。此技术可追踪通过2D视皮层上每个像素的光线的路径,并应用到场景的3D模型中。

十年后才迎来下曾经重大突破。Turner Whitte在1979年发表论文《An Improved Illumination Model for Shaded Display》,阐述了怎么才能 才能 捕捉反射、阴影和反射,他目前就职于NVIDIA研究事业部。

Turner Whitted在1979年发表的论文帮助光线追踪技术在翻拍电影领域的运用实现飞跃发展。利用Whitted的技术,当光线遇到场景中的物体时,根据物体皮层上碰撞点处的颜色和光照信息可以 计算出像素的颜色和照明度。后后光线在到达光源以前反射或通过不同物体的皮层,则根据所有那先 物体的颜色和光照信息可以 计算出最终的像素颜色。20世纪30年代的很多两篇论文为计算机图形革命奠定了其余的知识基础,这场革命颠覆了电影的制作法律方式。

1984年,Lucasfilm的Robert Cook、Thomas Porter和Loren Carpenter完整性介绍了光线追踪怎么才能 才能 结合众多常见的电影制作技术(包括动态模糊、场景深度图、半影、半透明和模糊反射),而那先 效果当时还可以 依靠摄影机制作。

两年后,加州理工学院Jim Kajiya教授发表论文《The Rendering Equation》,完成了将计算机图形生成法律方式移植到物理学的工作,更好地展现了光在整个场景中的散射法律方式。

将这项研究与现代GPU结合起来取得了显著的成果,计算机生成的图像捕捉的阴影、反射和折射可以 以假乱真,与真实世界的照片或视频没法区分开来。正是这种 真实感让光线追踪始于征服现代电影制作领域。

这种 技术的计算量同样非常大。正因没法 ,电影制作人才依赖于一定量的服务器或渲染农场。后后,渲染繁杂的特殊效果后后都要花上几天甚至几周的时间。

可以 肯定的是,很多因素都在影响光线追踪的整体图形质量和性能。实际上,后后光线追踪的计算量异常大,此技术通常用来渲染场景中视觉质量和现实感受益于此技术更多的部分,而场景的其余部分则使用光栅化进行渲染。光栅化仍能提供出色的图形质量。

未来将怎么才能 才能 发展?

随着GPU性能日益强悍,下一阶段理应是让更多人享受到光线追踪技术带来的好处。相似,借助光线追踪工具(如Autodesk的Arnold、Chaos Group的V-Ray或Pixar的Renderman)和性能强悍的GPU,产品设计师和建筑师使用光线追踪在几秒内即可生成逼真的产品模型,有益于亲们更加有效的媒体媒体合作,并省去昂贵的原型设计环节。

光线追踪后后向建筑师和照明设计师证明了它的价值,亲们正在利用那先 功能对光线与设计怎么才能 才能 交互进行建模。随着GPU的计算能力日益提升,视频游戏将成为此技术的下曾经前沿阵地。