0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

RTX光线追踪技术解读

454398 来源:工程师吴畏 2019-06-18 15:30 次阅读

NVIDIA在8月20日的科隆游戏展前发布会上,正式揭晓了全新一代基于“图灵”架构的20系游戏显卡。针对图形性能,NVIDIA带来了革命性的改进,引入了实时光线追踪技术。如果你是一名发烧级游戏玩家,在忍受多年传统光栅化渲染技术虚虚实实的折磨后,一定会喜欢NVIDIA全新实时光线追踪技术带来的真实画面效果,因为二者在游戏画面展现上的差距有着天渊之别。

颠覆性的技术革新

实时光线追踪技术对于很多游戏玩家来说或许非常生涩,但放在游戏体验中我们可以这么理解,3D大型游戏凭借超现实的游戏环境被玩家所追捧,双眼直观感受到的游戏画面比传统2D游戏更加丰富,这主要归功于设计师精湛的3D建模技术让人物、山水变得拟真度极高,但不管游戏发展的趋势,我们切实能够感受的都只能呈现在显示器平面上,开发者需要通过复杂的转换将3D游戏场景转化为2D画面,这就需要画面内每一个物品都和真实环境相似,具备阴影等效果。

每一位沉浸在游戏画面中的玩家都会慢慢发现游戏世界中的体验效果并不真实。至于假到什么程度?可能我们经过某处,物体表现的渲染没有任何变化或者直接被突如其来的大量人物阴影直接遮盖。四周环境也不会因你的到来而发生丝毫的变化,该亮的地方依旧很亮,该暗的地方却没有变暗。

换言之也就是整个游戏内的一切可能出现的阴影都是提前设计好的,只会因玩家的出现而增加,但不会随玩家的移动而改变。游戏世界的环境都是设计时固定的,并不会因为玩家角色的变化而随之变化。

传统光栅化渲染

光栅化渲染其实将一个3D图形的几何信息转变为一个个栅格组成的2D图像的过程,可以理解为在这个3D图形的每个点都包含有颜色、深度以及纹理数据,经过一系列计算变换后,将其转换为2D图像的像素,进而呈现在显示设备上。

这一过程也就构成了我们视觉所看到的各类阴影效果以及光线投射,直白地说,游戏的设计者结合环境说一个物体这里有阴影,并基于这样的观点进行计算,进而呈现在游戏画面中,我们看到的这一物体就会有一块非常逼真的阴影,达到逼真的视觉效果。

如果开发者的判断是对的,那么画面上的效果也就是对的,但是游戏开发者只能做到无限接近于真实状态,并不能保证这就是真实的效果。反之,如果开发者的判断是错误的,在不可能出现阴影的地方有了阴影,作为观看者的我们也没有任何办法。

所以说光栅化技术有非常明显的缺陷,因为它是一个骗人的技术。

随着游戏产业的发展,几乎每一款3A级游戏大作都为玩家构建了一个非常完整的世界。但不管是之前的游戏还是现在的游戏,玩家的行为越来越不可控,任何一个单独的角落、不是正常途径的路线都能成为玩家经过之地。这种行为对于设计师或者开发者而言,是极大的开发压力,因为没有人可以将所有玩家途径的区域全部考虑在内。

如果对游戏场景进行限制又会让游戏丧失自由度。通常的处理方式是考虑尽可能多的环境场景,规定GPU在这些特定的场景下进行特定的光栅化渲染,产生阴影等视觉效果。

它的局限性在于,当我们途径一块并不是规定的区域或角度有所偏差的时候,物体的光栅化渲染效果并不会改变,依旧是设定好的效果呈现。

造成的结果也就是在体验游戏的过程中,看到的一切画面其实都是提前设定好的,看似真实,但总是会有瑕疵。

视觉真实的光线追踪

标准化的光线追踪(raytracing)是以光源为起点定义光线,进而追踪由此产生的光线与物体表面以及光线与光线之间交互关系的过程。但该技术目前实现起来非常困难,因为这一技术需要无限多的光线照射在物体表面,通过反射、折射、漫射等途径进入最终的“摄像机”成像。这一过程需要耗费大量的算力(当前PC的计算能力无法做到)且会有大量光线损失,此次NVIDIA推出的RTX 20系显卡包括现在绝大多数光线追踪技术采用的都是逆向思维,即以“摄像机”镜头为出发点,反向回溯光线并通过这些光线寻找光源。

可以理解为RTX的光线追踪是人为定义了射入摄像机的光线总量,通过回溯这些光线反射后以寻找光源,每一个交汇结果都可以被作为是回溯过程中招惹到的光源所发射的光线与物体作用的结果,找不到就丢弃。

这样做的好处在于光线关系的起点是摄像机,这就造成光线关系与场景可视的几何信息存在高度的关联性和可遍历性,也就是所有进入不了视野的光线都将被认为的剔除。

另外,光线的实际范围被约束在了可视场景内,方便光线在回溯过程中的排序以及遍历,光线的处理过程既可以跟shader过程结合,也可以透过direct compute单独拿出来做独立数学步骤,就像deferred shading一样。

这样做会极大的加速整个追踪和交汇检查过程的效率,我们可以看做是手解高阶方程与使用计算机处理的差别。

当然,他的缺点也是不容忽视的,比如这类实时光线追踪并不是从光源出发,而是从视角的角度出发,无法做到对真实的光线进行真实的遍历,人为规定了光线的数量以回溯光线的过程,也就意味着整个过程脱离不开人为定义,错误的干扰依旧是不精确甚至错误的主要原因。但总的来说,实时光线追踪技术可以让玩家体验到更加真实的游戏场景,光线决定了物体表现的最终纹理,在体验游戏真实性上是一次巨大的技术革新。

RTX光线追踪技术

很多人都说实时光线追踪追了这么多年还是追不上,但此次NVIDIA RTX的实时光线追踪可以认为是历史上距离真实最接近的一次,在未来数年内甚至引领显卡行业的发展。这类说法可能不完全正确,但RTX在实时光线追踪技术上的突破的确具有划时代意义。

我们以10W束标准自然光线的场景遍历举例,平均每道光线进行3次交互检查,大概需要100T的DP算力。而基于DXR环境下的光线追踪。以16T的SP算力实现100G束光线的单次交汇检查,这个运算效率的提升的颠覆性的。它将天生与缓存体系敌对的光线追踪过程重新拉回现有渲染流水能够控制的范围内,让现有流水线能够处理本来无法完成的过程。

而且效果也是明显的,虽然这个RT是人为规定的反向回溯,但反向回溯也是回溯,一旦正确回溯到光源,那这条光线就是真实正确的,它与物体之间的所有交互关系所产生的颜色、亮度甚至透视度等变化都将是符合自然规律的,这比光栅化渲染的人为定义光源结果要正确得多。可以说RTX的实时光线追踪技术以及与最终形态的光线追踪技术近乎接近。

还原真实视觉体验

以上就是我们对NVIDIA RTX的实时光线追踪技术的一次简单解析,我们可以看到,全新的光线追踪技术对于整个游戏产业带来翻天覆地的改变,随着9月20日的临近,想必会有更多游戏大作开始支持实时光线追踪技术,与往常我们一直深受游戏设计开发者预设好的“欺骗式”画面体验不同,实时光线追踪技术会将所有游戏爱好者带到一片与真实环境无太大差别的世界中,甚至我们可以通过游戏画面感受到与真实世界相同的视觉体验。

另外,实时光线追踪在未来绝不仅仅局限于游戏市场,由于光线追踪的算法与现实的真实世界物理规则几乎一致,也就是在构建画面的过程中具备了巨大的优势。在可预期的未来,实时光线技术将大幅改善实时3D图像的质量,光线效果也将更加真实精准,最重要在于光线追踪技术突破了渲染的限制,实现了实时光线效果,在传统渲染引擎面前复杂的图像处理问题也将迎刃而解,变得更加高效简易。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • NVIDIA
    +关注

    关注

    14

    文章

    4984

    浏览量

    103017
  • 光线追踪
    +关注

    关注

    0

    文章

    183

    浏览量

    21473
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    NVIDIA RTX AI Toolkit拥抱LoRA技术

    RTX AI PC 和工作站上使用最新版 RTX AI Toolkit 微调 LLM,最高可将性能提升至原来的 6 倍。
    的头像 发表于 11-20 09:14 269次阅读
    NVIDIA <b class='flag-5'>RTX</b> AI Toolkit拥抱LoRA<b class='flag-5'>技术</b>

    基于光线追踪实现反射折射效果

    本文翻译自Scratchapixel3.0[1],是一个关于计算机图形学的系统性的学习教程。如果有误,欢迎在评论区讨论。光线追踪的另一个优点是,通过扩展光线传播的思想,我们可以非常容易地「模拟反射
    的头像 发表于 11-09 01:07 182次阅读
    基于<b class='flag-5'>光线</b><b class='flag-5'>追踪</b>实现反射折射效果

    基于光线追踪的渲染算法实现

    我们已经涵盖了所有需要说的内容!我们现在准备写我们的第一个光线追踪器。你现在应该能够猜到光线追踪算法是如何工作的了。首先,注意到自然界中光的传播只是从光源发出无数条射线,反弹直到它们撞
    的头像 发表于 10-30 08:06 249次阅读
    基于<b class='flag-5'>光线</b><b class='flag-5'>追踪</b>的渲染算法实现

    AMD与NVIDIA GPU优缺点

    ,NVIDIA的RTX系列显卡以其强大的光线追踪和DLSS技术领先于市场。例如,NVIDIA的RTX 3080在4K分辨率下提供了卓越的游戏
    的头像 发表于 10-27 11:15 660次阅读

    光线追踪的工作原理

    本文翻译自Scratchapixel3.0[1],是一个关于计算机图形学的系统性的学习教程。如果有误,欢迎在评论区讨论。注:本课程更多地是关于3D渲染的一般介绍。如果您有兴趣了解射线跟踪技术,请查看
    的头像 发表于 09-30 08:05 212次阅读
    <b class='flag-5'>光线</b><b class='flag-5'>追踪</b>的工作原理

    RTX51 Tiny用户手册

    RTX51手册 RTX51手册 RTX51手册 RTX51手册
    发表于 08-27 11:41 0次下载

    AMD光线追踪专家加盟高通,共筑Adreno GPU性能新高度

    在科技行业日新月异的今天,顶尖人才的流动往往预示着技术创新与突破的新篇章。近日,一则令人瞩目的消息在半导体与图形处理领域引起了广泛关注——AMD前光线追踪技术领域的杰出专家Parito
    的头像 发表于 07-11 10:03 579次阅读

    解码AI驱动的DLSS 3.5光线重建功能

    神经网络渲染器提高了光线追踪图像质量,使用可在采样光线之间生成更高质量像素的 AI 网络取代需要人工设计的降噪器。
    的头像 发表于 05-11 11:06 519次阅读
    解码AI驱动的DLSS 3.5<b class='flag-5'>光线</b>重建功能

    MediaTek携手望尘科技通过移动端光线追踪技术打造沉浸体育游戏体验

    MediaTek携手望尘科技(GALA Sports),在手游领域实现了光线追踪技术的革命性应用。该技术现已成功融入望尘科技旗下的钓鱼与篮球体育游戏中,极大地提升了玩家的视觉沉浸体验,
    的头像 发表于 05-07 11:39 696次阅读

    MediaTek携手望尘科技共同推进移动端光线追踪技术在手游中的应用落地

    MediaTek 与望尘科技(GALA Sports)携手合作,共同推进移动端光线追踪技术在手游中的应用落地,将该技术成功导入了望尘科技旗下的钓鱼和篮球体育在线类游戏,为玩家带来更具沉
    的头像 发表于 04-18 10:04 397次阅读
    MediaTek携手望尘科技共同推进移动端<b class='flag-5'>光线</b><b class='flag-5'>追踪</b><b class='flag-5'>技术</b>在手游中的应用落地

    微软:SSD固态硬盘可降低显存占用,提高光线追踪性能

    其专利说明如下:由于光线追踪加速结构常需占用其他数据存储空间(如几何图形和纹理数据),导致系统需大增内存负担,且所需带宽大。本文方法旨在缓解这一问题。
    的头像 发表于 03-25 15:46 572次阅读

    EMC技术:基础概念到应用的解读?|深圳比创达电子.

    EMC技术:基础概念到应用的解读?|深圳比创达电子电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility,简称EMC)作为一项重要的技术领域,在现代电子设备中扮演着至关重要的角色
    发表于 03-11 11:59

    EMC技术:基础概念到应用的解读

    EMC技术:基础概念到应用的解读?|深圳比创达电子
    的头像 发表于 03-11 11:55 575次阅读
    EMC<b class='flag-5'>技术</b>:基础概念到应用的<b class='flag-5'>解读</b>?

    Exarion芯片公司推出声音追踪计算芯片,与台积电共同生产

    Exarion表示,音效追踪技法相类光合卡GPU使用的光线追踪,通过模拟计算虚拟环境中的音轨及反射,实现逼真音效。此项技术能够分辩来自左右上下的声音,且需进行大规模计算。
    的头像 发表于 03-08 15:29 649次阅读

    RTX 4070 Ti SUPER详细评测

    2024年1月9日,NVIDIA发布了GeForce RTX 40 SUPER系列显卡,包括RTX 4070 SUPER、RTX 4070 Ti SUPER和RTX 4080 SUPE
    发表于 01-29 10:31 3876次阅读
    <b class='flag-5'>RTX</b> 4070 Ti SUPER详细评测