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实时光线追踪是如何实现的?D5 Fusion 技术分享

召唤红宝石 126 ? 4 bailu0404 发表于 2019-04-17 11:32| 显示全部楼层 | 打印

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本帖最后由 弹指神通 于 2019-4-17 16:44 编辑

一个不大不小的挑战

要把任何形式的3D模型渲染出媲美照片的效果,全局光照 Global Illumination 都是绕不开的话题。如何在各个时期的硬件条件之下,开发出更高效的全局光照算法,一直以来是计算机图形学中不大不小的挑战。光线追踪的探索从1968年开始,发展至今其实已经非常成熟。离线渲染器经过多年的发展,已经非常好的融入了建筑室内设计的工作流程当中。

D5团队希望在此基础上再推进,设计开发一款基于物理真实光线追踪的实时GI渲染器。不仅拥有实时渲染器毫秒级的渲染效率和交互体验,同时得到离线渲染器一般逼真的渲染结果。帮助设计师更简单高效的表达自己的设计创意。


说明:实时渲染,点击渲染按钮/空格键进入rtx效果


我们做了什么
首先,我们为 D5 Fusion 设计了两套GI方案,来满足用户对于高品质效果图和交互式3D渲染的需求。

第一套方案中,我们利用UE4渲染引擎本身优秀的光栅化渲染和完整的材质系统,高效的计算直接光照给建筑场景带来的效果。同时加入path tracing算法,为每个像素进行500spp随机采样的多次路径追踪,来计算间接光源对于每个像素的影响。这是一套将暴力算法和优(pian)化(ren)算法相结合的混合方案。这个混合方案一方面保证了渲染的速度,另一方面也保证了图片光感的物理正确。

为了进一步加速计算过程,D5 Fusion 的降噪部分使用了AI降噪技术。Ai加速的降噪技术通过数万优质渲染图的训练,大幅提高速度,数秒内完成降噪过程,并且规避了样本不足造成的边缘锯齿和噪点。

与其他宣称「优化了」path tracing算法的实时渲染产品不同的是,我们并不规避这种暴力算法来尽力追求最好的效果。随着英伟达RTX系列显卡的发布(还有GTX系列显卡的驱动支持的情况下),我们可以充分利用硬件中RT Core对于这种算法的支持。原本占到路径追踪绝大部分计算量的光线求交,只能哼哧哼哧的计算。而如今这部分的计算可以从硬件底层加速。一个具有可比性的例子是,专门为比特币设计的矿机,可以以百倍的算力挖矿。而曾经使用GPU甚至CPU挖矿的人,则回到了石器时代,退出了历史舞台。

通过使用 光栅化处理直接光照、RT Core 加速路径追踪和AI加速的实施降噪,这套 GI 方案的 4k 图渲染时间大约已经降低到两分钟左右。以往需要等待一顿饭时间才能看到的效果,现在可以在接杯水的时间里完成。
QQ图片20190417164110.gif


当然,这套方案还需要一些微调。另外对于材质系统的优化也有大量的工作要做。
从3月中完成这个部分的产品开发后,有很多用户积极地参与了我们的内测。我们自己也做了很多测试案例,一一记录渲染表现和不足之处来更好地优化Fusion。

于是我们想,既然记录了,那不如公开他们,让更多人了解这项技术的应用、进步和发展,也欢迎专业人士对我们的建议和指正,共同帮助Fusion茁壮成长。


下面是我们使用 D5 Fusion 第一套 GI 方案所做的案例。
另外选择了静态渲染器VRay,实时渲染软件Lumion和插件Enscape作为参照。(选用了 ccaxx、黄豆豆二位老师的作品作为参考素材,在此致谢~


VRay - 案例样图
vray全.jpg



Lumion
来源:sketchup bar | 作者:ccaxx
lumion.jpg




Enscape
来源:sketchup bar | 作者:黄豆豆
黄豆豆.jpg




D5 Fusion

442019.04.11-06.37.26-2.jpg


332019.04.11-08.43.24.jpg


2019.04.11-10.15.20.jpg





简要分析

光感方面:
??整体光感比较好,柔和,曝光度适宜
??相比于效果最好的vray,明暗细节不够丰富,过渡还不够自然,有光照的地方相对较曝,没有光照的暗部过于深,有一部分细节丢失
对比-光.jpg



??目前使用的lighting shaft方式产生的光束效果仅在一定角度才能显示
压缩.gif



材质表现方面:
??木纹和布艺很真实

??如使用自定义贴图(即SU默认贴图),金属质感没有很强,特别是做旧和拉丝纹理没有体现
这边使用了一个小技巧,用了D5 Fusion自带材质库的金属材质,质感表现就较好
对比-金属.jpg



?玻璃材质有明显的问题,没有表现出反射和折射的光感
玻璃材质与普通材质不同,需要同时计算内表面与外表面的效果进行叠加。这个问题将会在近期的更新中解决
对比-玻璃.jpg




接下来我们会做什么

首先优先解决玻璃材质质感的问题。折射是一个相对独立的部分,玻璃材质的折射目前还是沿用光栅化的技术,这一细节的光线追踪运用尚处于开发阶段,到时候也会第一时间跟大家分享成果和技术原理~

其次,我们会在本周更新 D5 Fusion 的第二套 GI 方案,也就是「实时光线追踪 GI」。我们也会在下一篇blog当中为大家讲述这部分的我们的解决方案,并且展示一些案例和对比。

另外,NVidia于上周更新了显卡驱动,为GTX 1060以上的显卡带来了实时光线追踪的加速支持。我们在第一时间做了一些测试工作,会尽快在产品中加入支持。


欢迎积极与我们互动~





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1

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/坏笑bobo绿 发表于 昨天 15:33
支持国产加油
bailu0404 发表于 昨天 16:49

谢谢支持~还希望多多提建议给我们了
TomoraiKira 发表于 昨天 16:53
不错不错不错不错不错不错不错不错
word9999 发表于 昨天 19:46
试用过,还不错,支持国产,能与su更完美对接就更好了,类似enscape。。

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