GDC之後，Epic進一步闡述實時光線追蹤渲染的重要性

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本文來自於Ken Pimentel

（映維網 2018年05月22日）在GDC 2018大會上，我們一睹了實時渲染與光線追蹤的結合。與英偉達和工業光魔一道，Epic向我們展示了實時渲染的一大進步。

在離線渲染器中，光線追蹤一直用於實現圖片級真實效果，尤其是包含大量反射和複雜半透明材料（如厚玻璃）的場景。利用多家技術公司的努力，Unreal引擎將在2018年底支持微軟的DXR API和光線追蹤區域光影。Epic希望在4.22版本中正式提供支持。

1. 為什麼說這十分重要呢？

渲染器傾向於使用這兩種方法來確定像素顏色：光柵化或光線追蹤。光柵化從一個特定像素開始，並詢問「這個像素應該是什麼顏色？」；光線追蹤則在視角和光源起作用，並詢問：「光線在做什麼？」

光線追蹤的工作原理是：追蹤光線在場景內的反射路徑。光線每次反射的時候，它都會通過沉積早前對象的顏色來模擬現實生活中的光線，同時損失強度。對於特定類型的材料與效果而言，這種顏色的沉積使得清晰的反射，以及細微，逼真的顏色變化只能通過光線追蹤來實現。

由於它模仿光線的真實行為，光線追蹤同時擅長於產生區域陰影和環境遮擋。

相反，光柵化比光線追蹤更快，成本更低，只是通過一些近似值計算照明。Unreal的光柵化技術在一枚高速GPU上以毫秒為單位提供4K解析度幀。柵格化可以非常逼近照片級別真實感，同時不一定是物理上精確。另外對於大多數Unreal引擎的用戶來說，速度的提升顯得非常值得。

但對於更強調照片級真實感而非性能的真人實景電影和建築可視化項目而言，光線追蹤則顯得更有優勢。到目前為止，由於其巨大的計算需求，光線追蹤僅在離線渲染中實施。使用光線追蹤計算的場景可能需要幾分鐘到幾個小時才能計算出一個幀，而電影動畫的一秒需要24幀才能填充完成。

Epic Games的高級渲染程序員胡安·加拿大（Juan Canada）表示：「傳統而言，製作管道已經以多種方式使用光線追蹤。即使項目組計劃通過光柵渲染來以高解析度實現實時渲染，他們也有可能通過光線追蹤來渲染靜態畫面和動畫以作為參考，為藝術家提供一個渲染目標或比較。」

「如果光線追蹤可以實時完成，這種參考渲染就可以更快，意味著他們只需幾次迭代即可完成目標，而不是花費幾個小時或幾天時間來渲染圖像。」

加拿大補充說，光線追蹤「令整個製作管道更容易控制，因為你可以更輕鬆地獲取最終的結果。」

2. 技術

藉助最新的GPU和機器學習技術，我們可以彙集海量的計算能力，實現實時光線追蹤。儘管硬體和軟體的結合尚未開放，而且需要多家企業的共同努力才得以實現。

Windows開發者已經十分熟悉微軟的DirectX API，而微軟在最近更是開發了全新的DXR框架。與此同時，英偉達推出了可在NVIDIA Volta架構GPU上運行的光線追蹤技術：NVIDIA RTX。英偉達已經與微軟達成了合作，通過微軟DXR API來提供全面的RTX支持。

3. 演示作品

對於GDC 2018大會，Epic著手創建了一個用於展示實時光線追蹤潛能的作品，他們與英偉達的光線追蹤專家和盧卡斯影業旗下的工業光魔進行了合作。

為了製作這個演示作品，團隊從工業光魔的高質量參考素材開始，首先創建了必要的模型。從暴風兵盔甲上的細小劃痕到普拉斯馬隊長斗篷的編織圖案，美工詳細再現了每一個細節。材質的製作方式使得它們能夠自然地對光線做出反應。

布景與拍攝則直接通過Unreal引擎實現。當演員/導演在虛擬現實中表演時，Epic則使用自家的虛擬製作技術來拍攝表演。

這個技術的大部分已經存在於Unreal引擎之中。但現在通過光線追蹤，新的效果可以令場景更具真實感。對於普拉斯馬隊長盔甲上的動態發射，這種弧形鏡面狀的表面正是光線追蹤所實現。

這個名為「Reflections」的演示作品以每秒24幀的速度運行，解析度為1080P。反射，環境遮擋，以及來自紋理區域照明的陰影的計算則是實時進行光線追蹤。藉助光線追蹤技術，諸如柔和陰影和光滑反射這樣原本十分具有挑戰性的效果顯得十分自然，大大提高了場景的真實感。

Epic團隊與英偉達的工程師進行了合作，利用多種技術來實現實現光線追蹤，包括去噪和減少反射細節。他們早在GDC 2018就已經進行過深入的探討與解釋。

4. 未來

對於最初的版本，Unreal引擎的渲染器將把目光放在用光柵渲染進行模擬十分具有挑戰性，但通過光線追蹤卻十分直接明了的流程。

加拿大指出：「我們將開始集成部分在GDC大會中展示的功能，比如通過光線追蹤來實現精確的區域陰影…我們將添加允許我們渲染其他效果的新組建，並且不斷前進。」

這對電影製作的未來意味著什麼？多年來，光線追蹤技術來一直用於電影和建築可視化，並已成為產生照片級真實感的標準。這種圖像可能需要數小時的離線渲染器工作才能實現，但現在藉助Unreal引擎實時光線追蹤，你將可以實時渲染這種圖像。

這意味著導演，藝術家和設計師將能夠更快地進行迭代，並嘗試新的照明場景和相機角度。最終，它可以降低製作成本，並使得製作更具交互性的內容成為可能。

對於GDC大會上的「Reflections」演示，工作人員需要為DGX Station工作站配備四個採用了NVIDIA RTX技術的Volta GPU。就目前而言，你需要類似的功率才能利用實時光線追蹤。在未來，摩爾定律將能降低這項技術的成本和複雜性。DXR性能與解析度有關，就像離線渲染一樣，但由於Unreal引擎仍在執行自己的渲染，所以性能將非常依賴於場景。

儘管「Reflections」演示需要一台相當強大的硬體，但Epic認為這僅僅只是第一步。目前，英偉達提供了用於實時光線追蹤演示的支持硬體，而AMD同樣宣布將在某個時候提供DXR驅動程序。

Epic企業工程總監塞巴斯蒂恩·米格里奧（Sebastien Miglio）說道：「我們將繼續努力，使其更加輕量化和易於使用。這還處於初期階段，但我們預計光線追蹤不用多久就能支持任何一個工作室中的普通PC。」

米格里奧繼續指出：「Reflections的努力表明了Epic致力於引領未來，不僅僅只是遊戲，包括需要高保真沉浸式體驗的所有領域。Unreal引擎很久以前就設定了保真度和性能的標準。現在通過DXR，我們將這個標準提高到了更高的水平。Unreal引擎的用戶可以放心，他們將以最直接的方式走向未來。」

5. Unreal Studio

Unreal引擎中的光線追蹤可能尚需等待數個月的時間，但你現在可以利用實時光柵渲染。為了幫助你入門，Epic推出了一個把CAD數據導入Unreal引擎的工具集：Unreal Studio

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原文鏈接：https://yivian.com/news/45816.html

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