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想象技术:射线追踪的先驱

经过一段时间的关注之后,射线追踪技术最近重新成为焦点,在技术媒体中占据了很多列英寸。主要原因是因为NVIDIA已发布了支持突破性图形技术的PC游戏市场图形卡。

现在还处于初期,甚至PC GPU巨头也没有发布游戏,再次证明了围绕新技术创建生态系统的困难。一旦完成拼图,消费者将看到整个图片,并希望在所有设备上看到光线追踪的图形。

想象力是第一个使光线跟踪技术成为现实的技术。我们的方法与众不同之处在于,它是从头开始设计的,可以在严格的功率范围内部署在嵌入式硬件上。换句话说,Imagination尽其所能–使尖端技术高效运行。

OpenGL ES光线追踪

在任何有关光线追踪的文章中,都会很快使用“圣杯”一词,就像长期以来一直在追捧但似乎始终遥不可及的东西一样。但是,我们早在2012年就谈到了光线追踪IP,2014年又推出了光线追踪GPU系列,该GPU系列具有专门用于加速光线追踪的模块。它原本打算用于移动硬件,但是为了演示和简化开发目的,我们将芯片集成到了PCIe评估板中,该板于2016年开始运行。

如今,PowerVR射线跟踪技术已作为可许可的体系结构提供,能够启用独立的射线跟踪处理器或混合射线跟踪/光栅化设备。

那么,大惊小怪的是什么呢?

然后,让我们快速回顾一下为什么光线跟踪被认为很重要。如果您查看任何3D图形场景,则现实水平高度取决于照明。在称为栅格化的传统图形渲染中,会预先计算光图和阴影图,然后将其应用于场景以模拟场景外观。但是,充其量来说,这是一个糟糕的模拟。

光线跟踪是不同的。它模仿光在现实世界中的行为。

在现实生活中,一束虚拟的光束从光源发出,例如,太阳在室外,或者室内的光束入射到物体上。然后,光线将与该对象相互作用,然后根据该对象的表面特性,将其反射到另一个表面上。然后,光线将继续在周围反弹,从而产生明暗。

光线追踪的软阴影

在计算机上进行光线跟踪或更精确地进行路径跟踪时,该过程与光在现实世界中的传播方式相反。相机视点实际上将光发射到场景中的对象上,并且算法计算出该光将如何与表面相互作用,然后将该路径追踪到每个对象上并返回光源。结果将是一个场景,就像现实世界中的太阳一样被照亮:具有逼真的反射和阴影。

光线追踪比较

传统上,计算机设备无法执行此操作,因为计算负荷过高,而只能依靠栅格化来“欺骗”。

当然,虽然我们还没有在游戏中使用它,但是我们都熟悉光线追踪的外观。您将在每部3D动画电影中看到效果,并以逼真的人物和场景呈现逼真的质量。但是,这些场景需要花费几个月的时间才能在专用服务器场上进行渲染,这对于游戏来说是不可行的,游戏必须至少以每秒30帧的速度实时生成。

正如所讨论的那样,这是不可能的,因为涉及到巨大的计算成本,但是Imagination通过混合方法改变了游戏规则,该方法将光栅化速度与射线追踪的视觉准确性结合在一起。

具有逼真的阴影的光线追踪机器人
具有逼真的阴影的光线追踪机器人

进行光线追踪

如果您想进一步了解我们如何做到这一点;将阴影,反射和折射整合到传统的光栅游戏引擎管道中;那么您将需要阅读链接的帖子。我们的博客文章“实时照明的混合渲染:光线追踪与栅格化”中也详细讨论了这些差异,这很有趣,当然值得一读,以了解这两种技术之间的差异。

当然,没有API支持就不会有新硬件和新技术,为此,Imagination创建了OpenRL作为用于光线跟踪的API。后来,我们在OpenGL ES ™中添加了光线跟踪扩展,最后在Vulkan®API中也添加了扩展。

混合光线追踪现已在Microsoft的DirectX 12中实现,此举为全新的台式PC卡铺平了道路。

实时照明的混合渲染:光线追踪与栅格化

效率与暴力

当然,主要的区别在于,尽管在游戏时测得的台式机NVIDIA RTX卡的功耗为225W,但我们的解决方案是专门为移动电源而设计的。我们的芯片仅工作在2瓦,演示板工作在10瓦左右。更重要的是,这是使用较旧的28nm制程技术构建的,展示了我们的解决方案如何以较低数量级的功耗运行。峰值速率为300MRay / sec,考虑到功率范围,与新的NVIDIA卡相比,它具有优势。

我们认为,对于光线追踪设备而言,长期而言,热量和功耗至关重要。由专用固定功能硬件提供支持的光线跟踪将比使用传统光栅化或通用计算硬件实现的效率高得多。凭借带宽效率和卓越的质量,我们独特的注重效率的方法是双赢的。

尽管AR和VR尚未进入主流,但仍然有很多人相信他们最终会这样做。当涉及到VR时,要使所有内容保持平滑,就需要采用可变采样率和偏心渲染等技术,而通过我们的混合光线跟踪,这些技术也变得更加容易。

光线追踪将有助于为VR增加至关重要的真实感
光线追踪将有助于为VR增加至关重要的真实感

成为移动射线追踪的主流

为了达到这一主流,我们必须创造出无绳,轻便的设备以使它们使用愉快的体验是合乎逻辑的。从麻省理工学院的一名记者那里获得经验,他通过VR耳机参加了Facebook的Oculus会议。Quest是无绳电话,但最终由于设备的电池寿命不佳而感到沮丧。我们对功率效率的关注将是关键。

在您的手机上进行光线追踪的游戏有多大?就个人而言,我偏爱CSR2游戏。一个简单的赛车游戏,吸引人的地方是汽车的外观真实,表面有光泽和反射性。这很大程度上归功于基于物理的渲染的使用(我们在2016年讨论了在PowerVR硬件上运行这种渲染的效果如何),但是具有真实光线追踪反射的汽车看起来有多不可思议?

CSR2可以让您将虚拟汽车放置在现实世界中,但它显然不是真实的-缺少光线追踪可以使游戏消失!

 

CSR2还涉及AR:使您能够使用摄像头将虚拟汽车放置到现实世界中:以小规模放置在房间的桌子上,或者放置在室外的全尺寸。当我在自己的后花园中虚拟放置一辆Corvette并向同事展示屏幕截图时,有趣的是注意到他们被骗了片刻,然后才意识到那不是真实的,而且比什么都重要它走了。现在,假设您的智能手机能够分析相机视图中的光线,并在渲染虚拟对象时将其考虑在内-将增强现实提升到一个新水平。

同样,它可能会对汽车产生影响。正如我们已经讨论过的,现在许多汽车都相对于来自环绕摄像机的数据显示了汽车的表示形式。使用光线追踪可以考虑照明,使仪表板上的汽车看起来更逼真,障碍物也更容易判断。

具备光线追踪IP

随之而来的结果是,我们对射线追踪又回到议程上感到非常兴奋。尽管光线追踪一直在蓬勃发展,但是一旦人们看到它在PC上运行,他们肯定会在移动设备,VR头戴式耳机和游戏机上想要并确实期望它。

我们在创建光线跟踪技术方面拥有多年的经验,并准备与感兴趣的各方进行讨论,以讨论我们的IP可以将光线跟踪引入功率受限设备,智能手机,VR / AR,控制台和汽车市场的各种方式。 。

如果要以节能和经济高效的方式构建下一代图形硬件,则需要与能效专家讨论。通过共同努力,我们不仅能够最终掌握图形的“圣杯”,而且还可以将其交付给热切的观众,这些观众已经为3D图形进入沉浸式和逼真的下一阶段做好了准备。

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(责任编辑:ioter)

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