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各位好
我终于又来了
之前还说今年有空经常更新
遥望上一篇文章
居然是三月份的
这次来给大家谈一下
NVIDIA RTX
来自英伟达的黑科技
打开了实时光线跟踪的大门
是今年GDC上宣布的大新闻
这里说的实时光线跟踪
并不是VRayRT的那种“实时”
如果说VRayRT是实时
那RTX就是超光速了
就上图场景和分辨率而言
VRayRT完成可用的一帧
需要大概10s的时间
而实时渲染需要一秒内
完成约30张的渲染
也就是说
约0.03s就要渲完一张图
这是什么概念
百米赛跑枪响后0.1s内起跑都算抢跑
因为人类最快反应时间是0.1s
而在这0.1s内
渲不完3.33张图都算输
粗俗地说就是
有了RTX
VRay级别游戏画面成为可能
换个角度看就是
以后渲染一张图可能仅需0.03s
是不是很惊喜
是不是很刺激
不久前由ILMxLAB制作的星战Demo里
尽显实时光线跟踪的强悍
文末阅读原文链接有B站高清视频
该Demo使用UE4制作
以1080p，24fps的画面
在四个贵到爆的显卡上运行
其中的
AO，反射，区域软阴影，景深
都由实时光线跟踪完成计算
最后采用英伟达的降噪技术降噪
降噪有在上一篇文章简单提到
总的来说
画面超强
但可能有小伙伴会说
这画面是挺牛逼
但是之前也有很牛逼的啊
之前就有不少画面炸裂的demo
不比上面的差
例如UE4Arch的多个实时可交互项目
相信不少人看过
这些只是他们的“游戏”截图
牛逼的并不是这截图有多逼真
而是用户能在这逼真的场景中自由走动
还有他们的巴塞罗那德国馆
效果可谓相当惊艳
这对品质的执着算是对得住密斯了
这些场景现在都能在UE4Arch官网免费下载到
之前还没免费放出时
有公司还盗用UE4Arch的德国馆
当作自己的场景做演示
并且糟蹋得一塌糊涂
不由得心疼一番UE4Arch
那为何他们没有用实时光线跟踪
画面也能这么真实细腻
因为他们“作弊”
间接光、软阴影等是提升画面的要素
但很难实时计算
之前的文章也稍微提到过
聪明的程序员和艺术家想尽各种办法
例如把光照“画”在贴图上
这叫烘焙
这样一来棘手的计算可以预先完成
让光照逼真的同时，不需要庞大的计算
但如果物体或灯光动起来
若是用实时光线跟踪
上述问题就不再是问题
又例如反射
常见的物体表面通常凹凸不平
反射的真实性不易考究
所以“随便做做”也没人知道
可以把周围环境做成一张全景图
这叫CubeMap
再从反射的方向读取全景图上的像素颜色
计算非常的轻量
轻松模拟出反射的感觉
很早以前的赛车游戏画面能这么好
和这个容易实现的反射效果也有很大关系
2006年推出的极品飞车10
但仔细看都经不起推敲
下图左侧圈出来的就是Cubemap反射
位置都是错的
BUT WHO CARES?
咋一看能感受到它是个光滑的东西就行
为了缓解这种违和的错位反射
人们发明了
SSR
不是阴阳师的SSR
是屏幕空间反射
根据当前画面的内容
“画”出反射
但这种方法有个缺陷
由于只能根据看到的物体绘制反射
看不到的东西就不行了
当反射物体被挡住或在屏幕以外
反射就会消失
如果用实时光线跟踪
无论看不看得见
反射都能正常显示
像真实世界一样完美
再例如景深
俗称镜头模糊
根据每个位置到摄像机的距离
对画面做模糊处理
就像iPhone的人像模式
但由于光圈本身并非一个点
而是有半径的孔
在景深明显的画面里
能看到的东西比无景深的时候更多
所以强行模糊画面还是会问题多多
例如前景虚化效果非常糟糕
尽管还有一些把戏能缓解这些问题
例如把场景切成几段渲染
但还是不如实时光线跟踪来的完美干脆
实时光线跟踪除了能改善以往的很多效果
还能胜任
以前想都不敢想的效果
例如区域灯光的照明
一般在游戏中
动态光源都是点光或平行光
因为它们很容易计算
都有简单的解析解
以漫反射为例
但如果光源有面积可言
事情就会复杂很多
之前为了做出高效的实时面光源
我刨了好些论文
费尽心思
终于憋出了一个蹩脚的面光源
作为一个美术，也是很不容易
顺便抛出我的蹩脚Shader代码
本来暗喜我的思路有多高明打算藏着掖着
后来才发现网上也能找到思路类似的做法
图形学大大请路过
绞尽脑汁的我也只是搞定了面光的漫反射
阴影就束手无策了
但如果是光线跟踪
无论面光形态多复杂，甚至带体积
一切迎刃而解
实时光线跟踪并非刚刚出现
其实在RTX出来之前
已经有人在游戏里尝试实时光线跟踪
雷神之锤II是上世纪的游戏
加入光线跟踪后
虽然噪点严重
但能看到柔和的全局光照和软阴影
在titan xp上跑到了三十帧以上
也算是个有意思的尝试
其实用PS的降噪处理一下上面的图
就已经有那么一点意思了
但由于没有良好的显卡架构支持
也没有现在的AI降噪算法
这样的实时光线跟踪很难应用到实际
里程碑式的飞跃
今年NVIDIA公布RTX和AI降噪
微软也把实时光线跟踪API加入DX12
解决了棘手的底层问题
让光线求交能够并行计算
同时提供了变态的AI降噪用于加速收敛
配合新架构显卡实现实时运行光线跟踪
对于开发者来说
能更轻松地打造属于自己的高效渲染器
且大幅度降低维护成本
对于高端用户来说
RTX无疑预览结果的利器
制作电影特效等视觉开发的效率将大大大幅提升
对于一般用户来说
虽然可能暂时用不上昂贵的硬件
但得益于全新的技术
设计的流程无疑能得到大幅的简化
像Lumion这类本来速度快质量好的可视化软件
在引入新技术后
效率会大大大幅提升
何况本来就有很大改善空间
就算达不到0.03s渲染完一张图
1s也比现在的几十秒强太多
建模工具也将会实时呈现真实的光照效果
相比VRay等离线渲染器以小时为单位的渲染
我们更愿意牺牲一丁点的质量来换取效率暴涨
据说Chaosgroup也已经在折腾RTX了
就算他们不做
也会有别家公司去做
说不定可能会有Lumin，Wray，Renderwoman，GreenShift等等
总的来说
无论是对于开发者还是用户
这次里程碑式的革命都是极具积极意义的
但再强的技术
也依旧是人在使用
如果对技术和原理本身没有足够的理解
只会限制创意的发挥
再强的工具也于事无补
脚踏实地才是王道
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