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    照片级实时渲染背后的技术

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      多年来,建筑师、设计师和 3D 艺术家一直梦想着实时光线追踪图形。能够实时探索、交互和更改场景可以缩短工作流程,加快完成拍摄的时间,并使客户更容易理解和操作即使是您最复杂的设计。

      照片级实时渲染背后的技术

      本文将探讨使当今实时渲染成为可能的令人难以置信的技术发展,以及开发人员在创建这些独特体验时所面临的挑战。


      什么是实时渲染?

      在我之前的文章什么是 3D 渲染——3D 可视化指南 中,我们回顾了允许我们使用计算机创建 3D 图像的两种方法:光线追踪和光栅化。回顾一下:

      • 光线追踪通过追踪来自相机的光线穿过像素的虚拟平面并模拟其与物体相遇的效果来生成图像。

      • 光栅化通过虚拟三角形网格在屏幕上创建对象,从而创建对象的 3D 模型。

      每个都有其优势:光线追踪专为高质量照片写实而设计,而光栅化则优先考虑交互性能。对于在 CG 行业工作的任何人来说,逻辑问题是,有没有办法同时获得这两种好处:光线追踪的质量与实时渲染的速度和交互?答案是肯定的!

      要了解照片级实时渲染的工作原理,我们需要深入研究物理精确渲染器计算 3D 场景所涉及的两个阶段:光线投射和着色。 


      什么是光线投射?

      顾名思义,光线投射是将光线与场景中的所有对象相交的过程。在一个大场景中,可能有数百万个几何体和数十亿个多边形。这种复杂的操作必须在特定的算法下进行结构化以减少计算时间。 

      阴影是如何工作的?

      阴影通过物体对光的反应方式来确定物体的外观。着色过程还定义了提供有关阴影、反射、全局照明的信息的光线。在大场景中,着色网络非常重要。如果它们很复杂,评估可能会变得计算成本高。

      寻找平衡

      几何体的数量和着色器的复杂性可以改变光线投射和着色之间的平衡。例如,在将单个简单材质应用于数百万个多边形的场景中,光线投射过程占渲染时间的 90%。相比之下,在材质复杂但几何体较少的场景中,光线投射只能占用20%的评估时间,而着色过程会占用其余的时间。

      这两个过程都需要强大而高效的硬件和软件。幸运的是,由于一个不断发展的行业:电子游戏,我们正处于一场技术革命之中。

      照片级实时渲染背后的技术

      游戏引擎

      视频游戏引擎为我们提供了通过光栅化技术实时体验计算机图形的能力,图形处理单元 (GPU) 的发展加速了这一进程。在流行的游戏机和游戏 PC 中发现,这些芯片可以在超宽屏显示器和 VR 耳机上以 4K 和 8K 分辨率提供壮观的图形。 

      我们可以通过 GPU 来利用这种计算能力,该 GPU 甚至可以实时渲染我们最复杂的项目,例如NVIDIA 的 RTX 产品,该产品具有专用的光线追踪 (RT) 核心,可加快光线投射和着色过程。 

      英伟达 OptiX

      光线追踪是一种复杂的算法,需要专门的编程才能利用 RT 内核的优势。V-Ray 使用 Nvidia OptiX,这在渲染引擎中已经很常见。

      Nvidia OptiX 为光线追踪过程提供了许多优势。它允许我们扩展多个 GPU 以增加计算能力,通过 NVLink 技术组合 GPU 内存,并评估巨大的场景。此外,其最重要的功能之一是 AI 加速降噪器,可消除渲染过程中产生的图像噪声并减少渲染迭代。

      多亏了这种令人难以置信的硬件,我们可以以高度真实的方式体验实时。而且,借助合适的实时渲染软件,例如Chaos Vantage,建筑师、设计师和艺术家可以无缝、直观地探索他们的 3D 项目。

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