英偉達的RTX帶來了什麼？

08-31

英偉達的RTX帶來了什麼？

來自專欄 Rido影像實驗室2 人贊了文章

一枚知乎潛水狗第一次寫文章瑟瑟發抖.....

在朋友們的建議下，決定把微信公眾號的東西搬到這邊來，並且以後多在這裡上發

嗯，還朋友圈一個純凈的娛樂氛圍....

從今天3月份微軟、英偉達相繼推出RTX和DXR，短短一年不到的時間，如今英偉達已經正式發布了支持RTX的Quadro和Geforce的全新系列，而且從各種透露的信息來看，不說全面變革，但也已經很接近實用了。

搜集了多支演示視頻，放在文末

————發燒的深淵 level.1————

關於新的GTX2080系列，寫幾點我的了解和看法：

1.2060及往下貌似是不帶RTX和AI核心的，而且遊戲主機們還沒更新換代，所以新的遊戲不會全面支持，但大廠為了打標杆或許會在設置菜單里作為頂配畫質選項。

2.說到RTX和AI核心，官方ppt上明確表示這倆是專用核心。硬體領域有個概念是專用硬體在特定計算上是完爆通用計算的，舉個例子就是視頻硬解碼，如今電腦手機都標配了，系統資源佔用低，用電量也變低了。視頻編碼同樣，你用電腦給片子轉碼，CPU滿載還要轉很久，而廣電領域會用的一些硬體編碼器，實時編碼，而且畫質比你電腦壓製得還好。

這麼一個小盒子做起編碼來可能比你的電腦強得多

3.RTX不是葯神，對於遊戲比較現實的意義也就在於更好的陰影和反射。而對於非專業CG人士或發燒畫質黨來說，之前的遊戲如果製作良心的話，通過一些投影陰影啊、PCSS陰影啊、屏幕空間反射啊、合理的反射球設置啊其實已經把畫面做到很完善，讓你不大會注意到問題了。

4.相反RTX對於開發人員來說才是省時省力的好東西，這就像從以前擺泛光燈陣到後來只需要勾一下全局照明一樣。

5.相對於RTX，畫面黨們可能容易忽視那個AI核心，似乎都是深度學習搞編程用的東西，但是！AI核心帶來了DLSS抗鋸齒！以往抗鋸齒要麼是靠空間維度的增加（MSAA、FXAA等等）或時間維度的增加（TAA），這些都是給GPU帶來了更大的運算任務，而AI核心帶來的DLSS，相當於有了一個額外的核心來處理抗鋸齒，GPU算力釋放了出來！雖然現在主流認為TAA是最佳解決方案，但對於像VR等使用場景，TAA則無能為力。

6.至於實時GI，demo當然可以了，但遊戲場景的體量遠大於那些demo場景，遊戲引擎應該很快會作為功能加入，但至少這一年內可能只能用在toB項目如建築可視化或GPU渲染等領域，而且現在的實時GI也是基於降噪的，具體在下面會說。

擁有Octane渲染器的OTOY公司還有一款叫Brigade的產品就是目標給遊戲提供實時光線追蹤渲染方案的，項目已經好幾年了，可見技術早就有，只怪當時硬體不給力

7.至於說對產業的影響，作為新手一枚，只能說瞎猜：

這一波可以看到不單是Unreal這種遊戲引擎會率先引入RTX，三維渲染器們也表示會儘快支持，這裡很驚喜的是最先宣布的也就是發布會上的合作方竟然是Arnold，arnold作為新一代電影級渲染器的代表選手，之前只支持CPU渲染，而GPU渲染功能官方很早就提過但醞釀了很久，這下剛巧趕上RTX，神作。

但也提醒了我們三維渲染和遊戲引擎終究是兩碼事，這一兩年看著Unreal的渲染效果越來越牛逼，不少嘗試用Unreal來做動畫的，主要是為了渲染速度吧，但畢竟是遊戲引擎，很多UI設計及工作流程上還是有差別的。當然現階段渲染速度優勢打平了操作不便，加上Unreal也趁此各種加強完善其動畫渲染的功能。

而三維渲染器們之所以不採用Unreal的渲染方式，就是因為諸如陰影、反射、GI等和現在主流的光線跟蹤太不一樣，比如同樣是C4D，換個渲染器後你還得加反射探針？這對現有從業人員太不友好了。所以即便像Octane、RedShift這些GPU渲染器們還是會堅持使用光線追蹤類的渲染演算法，雖然相比CPU已經快很多了，但想實時的話還是慢了些。

但現在不一樣了，這意味著GPU Render們不用把自己「倒退」回遊戲引擎式的光柵演算法，而是可以繼續用自己的渲染演算法，然後用RTX做光追。所以渲染器還是渲染器，專註極致畫面和鏡頭語言；遊戲引擎還是遊戲引擎，專註可玩性與交互設計。當然導入導出會更加方便，渲染演算法也趨同，大家只是像katana、substance這些軟體一樣，是為了針對不同工作而設計不同的操作方式以提高使用效率。

有一些嘗試使用UE4來製作動畫的作品，這幅來自動畫短片《Zafari》

————發燒的深淵 level.2————

簡單解釋下光線跟蹤，有助於理解，懂的跳過這一啪:

傳統光柵渲染可以理解為用一大堆數學變換的方法來渲染圖片。比如陰影，好比從燈光的方向建一個攝像機，拍下物體的剪影，然後貼到地面上。而反射，就從光滑物體的位置建一個全景攝像機，拍下其周圍360°的圖片，然後貼到物體表面上。

而光線追蹤的陰影，好比從燈泡射出「無數」根光線束，有一些會被物體遮擋反彈，有一些則直接照射到地面上，於是，被遮擋的區域就成了陰影。而反射，就好比從攝像機發出「無數」根光線，光線射到光滑表面根據法線反彈，然後再次碰到一個物體，光線記住這第二個物體的顏色，返回給攝像機。當然這是只有一次反射，遊戲一般為了性能優化也就一次，CG渲染一般會給4~16次或更多，現實世界當然是無限多次了。

這裡我給「無數」光線打了引號，因為光線追蹤的問題就在這。如果不夠「無數」根呢？就會產生噪點。對於CG渲染，就是採樣數，為了獲得一張乾淨的圖片就要足夠多的採樣來產生接近於「無數」的光線，相應的的就是渲染時間。而這兩年一方面GPU渲染興起，GPU擅長的並行運算剛好適合這種需要「無數」根光線這種大量但運算相對簡單的應用。接著最近大家又發現，我是電腦渲染啊，是知道物體邊緣和那些光線的構成的，所以知道如何「智能」地降噪。舉個例子，你用手機拍了一張夜景人像，噪點很多，拿到電腦上降噪，如果直接降噪，結果圖片會很糊，尤其是人臉邊緣和背景的交接會變軟；那如果我先把人臉摳出來，和背景分成兩層，然後給這兩層分別降噪，再合起來呢？

當然如果你是專業人士也會想到接下來的問題了，降噪總是最後不得已的辦法，尤其用到視頻時，難免會出現一些閃爍之類的問題。終極方案還是採樣要足夠多。那就相信技術進步吧，專用硬體計算在特定使用場景上是完爆通用計算的，只要這回RTX嘗到甜頭，之後很快就會大發展進而普及的。例子可參考視頻硬解碼。

如今大如Arnold等多渲染器都加入了英偉達的OptiX降噪功能

————發燒的深淵 level.3————

看到這的都是猛士，這一啪貼一些在當前，在還沒有RTX的時候遊戲引擎所能提供的，帶一些實驗性質的渲染方案及效果：

陰影

前些時間在知乎上看到一位大神給Unity做了一個魔改分享，使其可以以類似光線跟蹤的方式渲染出軟陰影:

MaxwellGeng：Unity3D魔改渲染系列之亂改圖形篇?

zhuanlan.zhihu.com

另外Unity商城上有個插件，不打算深究原理，只想嘗試效果的同學可以直接用這個：

Next-Gen Soft-Shadows - Asset Store?

assetstore.unity.com

反射

現在比較常見的分為兩種：反射探針和屏幕空間反射

反射探針在上面介紹光線追蹤的時候解釋過了，這裡不贅述，說下屏幕空間反射，也叫SSR。

之所以叫屏幕空間反射，也就是說只會把當前渲染到的畫面反射呈現到表面上。舉個例子，當前攝像機正對面拍到一個金屬球，而在攝像機的背面站了個人，那此時由於這個人並沒有被渲染到屏幕上因此金屬球上並不會反射出那個人。同時，這個問題也會導致渲染物體與反射表面接觸時的問題。不過說真的，人眼畢竟不是機器，經過各路大神的優化後，一般看上去是不會發現有什麼大問題的。這裡還是貼一個知乎大神的帖子擴展閱讀：

CG-Bull：Unity_StochasticSSR[1]-實現篇?

zhuanlan.zhihu.com

上面那張幾乎看不出什麼問題，下面這張挺代表的，猛地一看沒什麼問題，但注意沙發那裡

全局照明（GI）

是的GI也是有實時方案的，一種是Unity和Unreal自帶的實時GI算，但也是要先烘焙，這裡介紹個完全時的——SEGI。

不過SEGI用的不是光線追蹤，而是voxel-based，貌似意思是，想像在一個給定的範圍內，把空間切分成很多個小方格，每個小方格實時地記錄與更新光線穿過其的信息，並把這個亮度信息賦給與其最接近的物體表面上。理想狀態下，這等於實時記錄了空間每一處的光照信息，那麼陰影啊GI啊反射啊甚至體積光都搞定了，當然這只是理想了，由於性能限制體素不能拆分太細，所以對於比較柔和模糊的間接光（GI）來說還蠻適合，它這個也能打開用來算反射，但效果就不怎麼樣了。

sonicether/SEGI?

github.com