英偉達：圖靈顯卡的紋理空間著色可提升VR渲染的效率

圖靈顯卡的紋理空間著色可以「提高VR渲染的效率」

（映維網 2018年10月30日）英偉達的圖靈架構最先登陸面向工作站的Quadro RTX系列，然後通過GeForce RTX 2000系列登陸消費者市場。圖靈顯卡是當前最先進的GPU之一，並提供了大量的全新圖形，計算和AI功能。

英偉達的工程師Henry Moreton和Nick Stam日前介紹了圖靈顯卡的一項全新著色功能：紋理空間著色（Texture Space Shading；TSS），並特別提到TSS在兩個方面可以對虛擬現實帶來的幫助。他們指出，「對於像VR這樣需要大大提高圖像質量，不能出現鋸齒偽影和瞬時閃爍的應用而言」，TSS能夠實現的時間穩定性十分重要。

與此同時，對於高質量的VR而言，系統需要以90fps的速度為兩個眼睛渲染相同的情景兩次。兩個渲染情景幾乎完全一樣，只是瀏覽角度有所不同（這樣可以產生三維立體效果）。英偉達表示，藉助TSS，系統只需渲染一個視圖，然後可以將其作為第二個視圖的基礎，並只渲染在第一個視圖中被遮擋的對象，從而能夠大大降低所需的計算量。

對於英偉達的這篇博文，映維網進行了具體的整理，希望可以幫助你進一步理解紋理空間著色對虛擬現實的幫助：

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圖靈顯卡新增了一項名為紋理空間著色（Texture Space Shading；TSS）的著色功能，其中系統將動態計算著色值，並將其作為紋理空間中的紋素存儲在紋理中。接下來，系統對像素進行紋理映射，其中屏幕空間中的像素將映射至紋理空間，並使用標準紋理查找操作對相應的紋素進行採樣和過濾。通過這項技術，我們能夠以完全獨立的速率和一個單獨的（解耦）坐標系統對可見性和外觀進行採樣。藉助TSS，開發者可以（重新）使用在解耦著色空間中完成的著色計算，從而同時提高質量和性能。

開發者可以使用TSS來利用空間和時間渲染冗餘。通過將著色與屏幕空間像素網格分離，TSS可以實現high-level的幀到幀穩定性，因為著色位置不會在一幀和下一幀之間移動。對於像VR這樣需要大大提高圖像質量，不能出現鋸齒偽影和時間微光的應用而言，這樣的時間穩定性非常重要。

TSS具有內在的多解析度靈活性，而這是繼承自紋理貼圖的MIP-map層次結構或圖像金字塔。當對像素進行著色時，開發者可以將映射調整為紋理空間，選擇MIP級別（細節級別），從而對著色率進行精細控制。由於位於細節底層的紋素較大，因此它們覆蓋了較大的對象部分，而且可能覆蓋多個像素。

TSS能夠記住已經著色的紋素，並且只著色新請求的紋素。著色和記錄的紋理可以重複用於服務同一幀，相鄰場景，或後續幀中的其他著色請求。通過控制著色率並重新使用先前著色的紋素，開發者可以管理幀渲染時間，並維持VR和AR等應用程序的固定時間預算。開發者可以使用相同的機制來降低已知低頻現象的陰影率，如霧。能夠記住著色結果的正面作用可以擴展到頂點著色器和計算著色器，以及一般計算。TSS架構可用於記住和重複使用所有複雜計算的結果。

1. TSS的機制

圖1是傳統的光柵化和著色過程。系統對3D場景進行柵格化，並轉換為屏幕空間中的像素。像素會接受可見性的測試，為外觀而進行著色，並進行深度測試。操作都發生在同一像素上的同一屏幕空間像素網格上。

圖1：柵格化3D場景並轉換為屏幕空間中的像素，並且確定和著色可見像素。

可見性採樣（光柵化和z-testing）和外觀採樣（著色）這兩個主要操作可以與TSS解耦，並以不同的速率，在不同的採樣網格上，甚至在不同的時間線上執行。著色過程不再直接與屏幕空間像素相關聯，而是發生在紋理空間中。根據圖2，幾何體仍然會進行柵格化以產生屏幕空間像素，而可見性測試仍然在屏幕空間中進行。但是，我們可以看到紋素需要覆蓋輸出像素，而不是在屏幕空間中著色。

圖2：紋理空間著色流程

換句話說，屏幕空間像素的覆蓋區域將映射到單獨的紋理空間中，並且著色紋理空間中的相關紋理像素。映射到紋理空間是一種標準的紋理映射操作，對LOD和各向異性過濾等提供相同的控制。為了產生最終的屏幕空間像素，我們從著色紋理中進行採樣。紋理是根據樣本請求按需創建，僅為引用的紋素生成值。

2. 對VR的用例

TSS的一個示例用例是，它可以提高VR渲染的效率。圖3說明了VR渲染中TSS的用例。VR需要渲染一對立體影像，左眼中可見的幾乎所有元素也將顯示在右眼視圖中。藉助TSS，我們可以對整個左眼視圖進行著色，然後通過對左眼視圖進行採樣來渲染右眼視圖。在沒有找到有效樣本的情況下（例如，左眼視圖無法看到，但右眼可見的背景對象），右眼視圖僅需要對新紋理元素進行著色。

圖3：紋理空間著色最小化了兩個幾乎相同的幀中重複紋理著色的需求。

如前所述，藉助TSS，你可以通過調整紋理LOD來動態地和連續地控制每像素著色率。通過改變LOD，我們可以根據需要選擇不同的紋理MIP級別，從而減少著色紋理像素的數量。請注意，這意味著TSS的採樣方法也可用於由圖靈可變速率著色功能（Variable Rate Shading feature；VRS）提供支持的一系列相同的著色速率降低技術。哪種方法最適合開發者將取決於他們的目標。VRS對渲染管道的權重變化較輕，而TSS具有更大的靈活性並支持其他用例。

你同時可以觀看Andre Tatarinov和Rahul Sathe在2018 SIGGRAPH大會上對紋理空間著色的介紹：

原文鏈接：https://yivian.com/news/52106.html

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