未来影音与游戏难分 NVIDIA Ray Tracing

GDC 2018大会上,NVIDIA正式公布了RTXTechnology,这项技术可以让游戏支持实时光线追踪技术、区域阴影、光照反射、环境光遮蔽等各项特效。

光线追踪是现代电影生成或增强特殊效果所依赖的一种技术,比如逼真的反射、折射和阴影。正是这些效果的运用打造出了科幻史诗片中的星际战士。

这种技术会使飚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很难区分开来。

真人电影将计算器生成的效果与真实拍摄的影像无缝融合在一起,而动画电影则通过光线和阴影隐匿用数字方式生成的场景,力求达到摄影机拍摄般的传神效果。

RTX演示片段

提及光线追踪,一种很简便的方法就是立即环顾玩家的四周。玩家看到的物体被光束照亮,现在转过身,追踪这些光束从玩家的眼睛向后到与光线交互的物体的路径,这就是光线追踪。所以,光线追踪是大家熟悉而又陌生的技术,去过电影院的人肯定见过,然而除了计算器图形领域的研究者,外界对该技术的了解知之甚少。但在过去,计算器硬件的速度不够快,无法实时使用这些技术,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,因此他们会在渲染场中脱机渲染。而视频游戏画面转瞬即逝。因此,人们依赖于另一种技术来处理大部分实时图形,即光栅化。  

RTX演示片段

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)与大小和形状不同的其他三角形的顶点相交。每个顶点关联着大量信息,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,这些信息用于确定物体所朝向的表面的形式。

长期以来,实时计算器图形一直都是使用这种称为“光栅化”的技术在二维屏幕上显示三维物体。光栅化技术速度快,且效果还不错,但它仍然远比不上光线追踪所能达到的水平。 

光栅化阴影(左)光线追踪阴影(右)

光线追踪技术与光栅化技术不同。在真实世界中,我们看到的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一个物体反弹到另一个物体。光线可能会被某些物体阻挡,形成阴影,或可能会从一个物体反射到另一个物体。

比如我们看到一个物体的图像反射在另一个物体表面的情景。然后会发生折射:光线穿过透明或半透明物体(如玻璃或水)时发生变化的情况。

采用光线追踪技术画面

光线追踪通过从我们的眼睛(观景式照相机)反向追踪光线捕捉这些效果,这种技术是IBM 的Arthur Appel于1969年在《SomeTechniques for Shading Machine Renderings of Solids》中首次提出的。

此技术可追踪通过2D视表面上每个像素的光线的路径,并应用到场景的3D模型中。 十年后才迎来下一个重大突破。

TurnerWhitte在1979年发表论文《AnImproved Illumination Model for Shaded Display》,阐述了如何捕捉阴影和反射,他目前就职于NVIDIA研究事业部。

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,视频游戏将成为此技术的下一个前沿阵地。NVIDIA宣布推出的NVIDIA RTX。这是一种光线追踪技术,可为游戏开发者提供电影级画质的实时渲染。

它是NVIDIA在计算器图形算法和GPU架构领域经过10年努力所取得的成果。它包含在NVIDIA Volta架构GPU上运行的光线追踪引擎。所有这一切都有助于游戏开发者和其他人将光线追踪技术应用到他们的工作中,以创造更真实的反射、阴影和折射。如此一来,玩家在家中玩游戏时便会享受到更多如同电影院好莱坞大片的电影级画质,有更好的视觉效果及游戏体验。