WikiDer > Оборудование для трассировки лучей

Ray-tracing hardware

Оборудование для трассировки лучей специального назначения компьютерное железо предназначен для ускорение трассировка лучей расчеты.

Введение: трассировка лучей и растеризация

Задачу рендеринга 3D-графики можно концептуально представить как нахождение всех пересечений между набором "примитивы"(обычно треугольники или же полигоны) и набор «лучей» (обычно один или несколько на пиксель).[1]

До 2010 года все типовые платы графического ускорения, называемые графические процессоры (GPU), б / у растеризация алгоритмы. В трассировка лучей алгоритм решает рендеринг проблема в другом. На каждом шаге он находит все пересечения луча с набором соответствующих примитивов сцены.

У обоих подходов есть свои преимущества и недостатки. Растеризация может выполняться с помощью устройств на базе потоковые вычисления модель, по одному треугольнику за раз, и доступ ко всей сцене нужен только один раз.[а] Недостатком растеризации является то, что нелокальные эффекты, необходимые для точной симуляции сцены, такие как размышления и тени сложны; и преломления[2] почти невозможно вычислить.

Алгоритм трассировки лучей изначально подходит для масштабирования с помощью распараллеливание отдельных рендеров лучей.[3] Однако ничего кроме лучей требует рекурсии алгоритма трассировки лучей (и произвольного доступа к граф сцены), чтобы завершить их анализ,[4] поскольку отраженные, преломленные и рассеянные лучи требуют повторного доступа к различным частям сцены таким способом, который трудно предсказать. Но он может легко вычислять различные виды физически правильные эффекты, обеспечивая более реалистичное впечатление, чем растеризация.[b]

Сложность хорошо реализованного алгоритма трассировки лучей логарифмически масштабируется;[c] это связано с тем, что объекты (треугольники и наборы треугольников) помещаются в BSP деревья или подобные структуры, и анализируются только в том случае, если луч пересекает ограничивающий объем раздела двоичного пространства.[5][d]

Реализации

Были созданы различные реализации оборудования для трассировки лучей, как экспериментальные, так и коммерческие:

  • (1996) Исследователи из Принстонского университета предложили использовать DSP для создания аппаратного модуля для ускорения трассировки лучей, названного «TigerSHARK».[6]
  • Реализации объемного рендеринга с использованием алгоритмов трассировки лучей на пользовательском оборудовании были выполнены в 1999 г. Ханспетер Пфистер[7] и исследователи в Исследовательские лаборатории Mitsubishi Electric.[8] с системой на основе ASIC vg500 / VolumePro и в 2002 году с ПЛИС исследователями из Тюбингенский университет с VIZARD II[9]
  • (2002) Лаборатория компьютерной графики при г. Саарский университет во главе с доктором Инг Слусаллек разработал прототип оборудования для трассировки лучей, в том числе на базе ПЛИС с фиксированными функциями, управляемыми данными. SaarCOR (Saarbrücken's Coherence Optimized Ray Tracer) чип[10][11][12] и более продвинутый программируемый (2005 г.) процессор, Ray Processing Unit (RPU)[13]
  • (2002–2009) Компания ART VPS (основана в 2002 г.[14]), расположенный в Великобритании, продавал оборудование для трассировки лучей для автономного рендеринга. Аппаратное обеспечение использовало несколько специализированных процессоров, которые ускоряли тесты пересечения лучей и треугольников. Программное обеспечение при условии интеграции с Autodesk Maya и Максимум форматы данных и использовали язык описания сцены Renderman для отправки данных в процессоры (формат файлов .RIB или Renderman Interface Bytestream).[15] С 2010 года ARTVPS больше не производит оборудование для трассировки лучей, но продолжает выпускать программное обеспечение для рендеринга.[14]
  • Siliconarts[16] разработал специальное оборудование для трассировки лучей в реальном времени (2010 г.). Был анонсирован RayCore (2011), первая в мире полупроводниковая IP-технология с трассировкой лучей в реальном времени.
  • Каустическая графика[17] выпустили сменную карту "CausticOne" (2010 г.), которая ускоряет глобальное освещение и другие процессы рендеринга на основе лучей при подключении к ЦП и графическому процессору ПК. Аппаратное обеспечение предназначено для организации рассеянных лучей (обычно возникающих из-за проблем глобального освещения) в более когерентные наборы (более низкий пространственный или угловой разброс) для дальнейшей обработки внешним процессором.[18]
  • Imagination Technologies, после приобретения Caustic Graphics, произвела сменные карты R2500 и R2100 для Caustic Professional, содержащие блоки трассировки лучей RT2 (RTU). Каждый RTU мог рассчитывать до 50 миллионов некогерентных лучей в секунду.[19]
  • Nvidia, партнерство с Microsoft DirectX, анонсировала библиотеку разработчиков Nvidia RTX[20] в 2018 году, который обещал быстрые решения для трассировки лучей в реальном времени на базе аппаратной ускоренной трассировки лучей (тензорные ядра ASIC), найденные в ВольтаGPU поколения.[21]
  • В октябре 2020 г. AMD объявил дополнительную информацию об «обновлении» RDNA микроархитектура. По данным компании, РДНА 2 Микроархитектура поддерживает трассировку лучей с аппаратным ускорением в реальном времени.[22][23]

Примечания

  1. ^ Для дополнительных визуализаций, таких как тени или отражения, например, от большого плоского водоема, для каждого эффекта требуется дополнительный проход графа сцены.
  2. ^ Методы растеризации позволяют легко генерировать реалистичные тени (включая тени, созданные частично прозрачными объектами) и плоские отражения (по состоянию на 2010 г.), но не позволяют легко реализовать отражения от неплоских поверхностей (исключая приближения с использованием карты нормалей) или преломления.
  3. ^ То есть, если X - количество треугольников, то количество вычислений для завершения сцены пропорционально log (X).
  4. ^ Те же методы можно использовать при растеризации; в упрощенной реализации отбраковка ограничена теми разделами BSP, которые лежат в гораздо более крупных осмотр усеченного конуса (более продвинутые реализации, включая те, которые реализуют удаление окклюзии или же предиктивный рендеринг масштабирование лучше, чем линейно для сложных (особенно сильно закрытых) сцен (обратите внимание на общие API: DirectX 10 D3D10_QUERY_OCCLUSION_PREDICATE [1]в OpenGL 3.0 HP_occlusion_query ). При трассировке лучей усеченная пирамида заменяется объемом, заключенным в один луч (или пучок лучей).

Рекомендации

  1. ^ Введение в трассировку лучей в реальном времени[постоянная мертвая ссылка] Заметки о курсе, Курс 41, Филипп Слусалек, Питер Ширли, Билл Марк, Гордон Столл, Инго Уолд, SIGGRAPH 2005, (презентация в PowerPoint), слайд 26:Сравнение растеризации и трассировки лучей (определения) graphics.cg.uni-saarland.de
  2. ^ Исследование Криса Ваймана: интерактивное преломление В архиве 2010-07-02 в Wayback Machine Департамент компьютерных наук Университета Айовы, www.cs.uiowa.edu
  3. ^ SaarCOR - Аппаратная архитектура для трассировки лучей, Йорг Шмиттлер, Инго Вальд, Филипп Слусаллек, Раздел 2, «Предыдущая работа»
  4. ^ SaarCOR - Аппаратная архитектура для трассировки лучей, Йорг Шмитлер, Инго Вальд, Филипп Слусаллек, Раздел 3, «Алгоритм трассировки лучей»
  5. ^ Трассировка лучей и игры - год спустя Даниэль Поль, 17.01.2008, через "PCperspective", www.pcper.com
  6. ^ Механизм трассировки лучей с аппаратным ускорением Грег Хамфрис, К. Скотт Ананиан (независимая работа), факультет компьютерных наук, Принстонский университет, 14 мая 1996 г., cscott.net.
  7. ^ ASIC vg500 для трансляции лучей в реальном времени.В архиве 2008-11-20 на Wayback Machine Ханспетер Пфистер, MERL - Исследовательская лаборатория Mitsubishi Electric, Кембридж, Массачусетс (США) www.hotchips.org
  8. ^ Ханспетер Пфистер, Ян Харденберг, Джим Книттели, Хью Лауэри, Ларри Зайлер (апрель 1999 г.). "Система Ray Casting в реальном времени VolumePro" (PDF). Mitsubishi Electric. CiteSeerX 10.1.1.69.4091. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-06-16. Получено 2010-02-27. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  9. ^ VIZARD II: интерактивная система объемного рендеринга на основе FPGA В архиве 2008-11-21 на Wayback Machine Урс Канус, Грегор Ветекам, Йоханнес Хирче, Михаэль Мейснер, Университет Тюбингена / Philips Research Hamburg, Graphics Hardware (2002), стр. 1–11, через www.doggetts.org
  10. ^ «SaarCOR - Аппаратная архитектура для трассировки лучей». Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)
  11. ^ Шмиттлер, Йорг; Уолд, Инго; Слусаллек, Филипп (2002). «SaarCOR - Аппаратная архитектура для трассировки лучей» (PDF). Графическое оборудование. Германия: Группа компьютерной графики, Саарландский университет: 1–11. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-08-14. Получено 2011-11-22.
  12. ^ Йорг Шмиттлер; Свен Вуп; Даниэль Вагнер; Вольфганг Дж. Пол; Филипп Слусаллек (2004). «Трассировка лучей в реальном времени динамических сцен на чипе FPGA». Графическое оборудование. Компьютерные науки, Саарландский университет, Германия. CiteSeerX 10.1.1.72.2947.
  13. ^ Свен Вуп, Йорг Шмиттлер, Филипп Слусаллек. «RPU: программируемый блок обработки лучей для трассировки лучей в реальном времени» (PDF). Саарский университет. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-04-15. Получено 2011-11-22. Цитировать журнал требует | журнал = (помощь)CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  14. ^ а б Об ArtVPS www.artvps
  15. ^ ВСЕ О ARTVPS, PURE CARDS, RENDERDRIVES и RAYBOX В архиве 2009-04-14 на Wayback Machine Марк Сегасби (ООО «Протограф»), www.protograph.co.uk
  16. ^ Сайт компании Siliconarts www.siliconarts.com
  17. ^ Сайт компании Caustic Graphics www.caustic.com
  18. ^ Новое изобретение трассировки лучей 15/7/2009, интервью Джонатана Эриксона с Джеймсом МакКомбом из Caustic Graphics, www.drdobbs.com
  19. ^ «Будущее трассировки лучей, обзор: ускоритель Caustic R2500 наконец-то приближает нас к трассировке лучей в реальном времени | ExtremeTech». ExtremeTech. Получено 2015-10-05.
  20. ^ «Технология NVIDIA RTX ™». Разработчик NVIDIA. 2018-03-06. Получено 2018-04-20.
  21. ^ О, Нейт. «NVIDIA анонсирует технологию RTX: ускорение трассировки лучей в реальном времени для графических процессоров Volta и более поздних версий». Получено 2018-04-20.
  22. ^ Джадд, Уилл (28 октября 2020 г.). «AMD представляет три видеокарты Radeon 6000 с трассировкой лучей и высочайшей производительностью RTX». Eurogamer. Получено 28 октября, 2020.
  23. ^ «AMD объявляет о презентациях Ryzen« Zen 3 »и Radeon« RDNA2 »в октябре: новое путешествие начинается». anandtech.com. АнандТех. 2020-09-09. Получено 2020-10-25.

дальнейшее чтение