Оборудование для трассировки лучей

Оборудование для трассировки лучей - это специализированное компьютерное оборудование, предназначенное для ускорения трассировка лучей расчеты.

• 1 Введение: Трассировка лучей и растеризация
• 2 Реализации
• 3 Примечания
• 4 Ссылки
• 5 Дополнительная литература

Проблема визуализации трехмерной графики может быть концептуально представлена ​​как нахождение всех пересечений между набором «примитивов » (обычно треугольников или многоугольников ) и набором « лучей »(обычно один или несколько на пиксель).

До 2010 года все типовые платы графического ускорения, называемые графическими процессорами (GPU), использовали алгоритмы растеризации. Алгоритм трассировки лучей решает проблему рендеринга другим способом. На каждом этапе он находит все пересечения луча с набором соответствующих примитивов сцены.

У обоих подходов есть свои преимущества и недостатки. Растеризация может выполняться с использованием устройств на основе модели потоковых вычислений, по одному треугольнику за раз, а доступ ко всей сцене требуется только один раз. Недостатком растеризации является то, что нелокальные эффекты, необходимые для точного моделирования сцены, такие как отражения и тени, затруднены; и преломления практически невозможно вычислить.

Алгоритм трассировки лучей по своей сути подходит для масштабирования с помощью распараллеливания отдельных визуализаций лучей. Однако все, кроме литья лучей, требует рекурсии алгоритма трассировки лучей (и произвольного доступа к графу сцены ) для завершения анализа, поскольку отраженные, преломленные и рассеянные лучи требуют, чтобы различные доступ к частям сцены будет непросто предсказать. Но он может легко вычислять различные виды физически правильных эффектов, обеспечивая гораздо более реалистичное впечатление, чем растеризация.

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

Были созданы различные реализации аппаратного обеспечения 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".
• Реализации объемного рендеринга с использованием алгоритмов трассировки лучей на специализированном оборудовании были выполнены в 1999 году Ханспетером Пфистером и исследователями из Mitsubishi Electric Research Laboratories. с системой на основе ASIC vg500 / VolumePro и в 2002 году с FPGA исследователями из Тюбингенского университета с VIZARD II
• (2002) Лаборатория компьютерной графики в Саарландский университет, возглавляемый доктором Инг Слусаллеком, создал прототип оборудования для трассировки лучей, включая основанный на ПЛИС фиксированный функционал, управляемый данными SaarCOR (Saarbrücken's Coherence Optimized Ray Tracer) и более продвинутый программируемый (2005) процессор Ray Processing Unit (RPU)
• (2002–2009) Компания ART VPS (основанная в 2002 году), расположенная в Великобритании, продавала оборудование для трассировки лучей для автономного рендеринга. Аппаратное обеспечение использовало несколько специализированных процессоров, которые ускоряли тесты пересечения лучей и треугольников. Программное обеспечение обеспечивало интеграцию с форматами данных Autodesk Maya и Max и использовало язык описания сцены Renderman для отправки данных в процессоры (формат файлов.RIB или Renderman Interface Bytestream). По состоянию на 2010 год ARTVPS больше не производит оборудование для трассировки лучей, но продолжает выпускать программное обеспечение для рендеринга.
• Siliconarts разработала специальное оборудование для трассировки лучей в реальном времени (2010). Был анонсирован RayCore (2011 г.), первая в мире IP-технология для трассировки лучей в реальном времени.
• Caustic Graphics выпустила сменную карту CausticOne (2010 г.), которая ускоряет глобальный освещение и другие процессы рендеринга на основе лучей при подключении к ЦП и ГП ПК. Аппаратное обеспечение предназначено для организации рассеянных лучей (обычно возникающих из-за проблем глобального освещения) в более согласованные наборы (меньший пространственный или угловой разброс) для дальнейшей обработки внешним процессором.
• Imagination Technologies после приобретения Caustic Graphics произвела вставные платы Caustic Professional R2500 и R2100, содержащие блоки трассировки лучей RT2 (RTU). Каждый RTU был способен вычислять до 50 миллионов некогерентных лучей в секунду.
• Nvidia в партнерстве с Microsoft DirectX анонсировала в 2018 году библиотеку для разработчиков Nvidia RTX, которая обещала быстрый луч в реальном времени. решения для трассировки, основанные на аппаратном ускорении трассировки лучей (тензорные ядра ASIC) в графических процессорах поколения Volta.

• Состояние of the Art in Interactive Ray Tracing Инго Вальд и Филипп Слусаллек, Группа компьютерной графики, Саарландский университет, обзорная статья за 2001 год