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光线追踪硬件 编辑

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光线追踪硬件

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光线追踪硬件是专用于加速光线跟踪计算的专用计算机硬件。

射线追踪和光栅化

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可以从概念上将渲染3D图形的问题呈现为找到一组“图元”(通常是三角形或多边形)和一组“射线”(每个像素通常一个或多个)之间的所有交点。

到2010年,所有典型的图形加速板(称为图形处理单元(GPU))均使用光栅化算法。在光线追踪算法解决了渲染以不同的方式问题。在每个步骤中,它都会找到射线与场景的一组相关图元的所有交点。

光线追踪硬件

两种方法都有其自身的优点和缺点。可以使用基于流计算模型的设备来进行栅格化,一次只有一个三角形,并且只需要访问一次整个场景即可。栅格化的缺点在于,很难准确模拟场景所需的非局部效果,例如反射和阴影和折射几乎不可能计算。

光线跟踪算法本质上适合于通过并行化单个光线渲染进行缩放。但是,除了光线投射之外,任何其他方法都需要递归光线跟踪算法(以及对场景图的随机访问)以完成其分析,因为反射,折射和散射的光线需要重新场景的各个部分-以不容易预测的方式访问。但是,它可以轻松计算出各种物理上正确的效果,比栅格化提供更真实的印象。

实施良好的光线跟踪算法的复杂性可以对数缩放。这是由于将对象(三角形和三角形的集合)放置在BSP树或类似结构中,并且仅当射线与二进制空间分区的边界体积相交时才进行分析。

光线追踪硬件的实现

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已经创建了各种光线追踪硬件的实现方式,包括实验性的和商业性的:

  • (1996)普林斯顿大学的研究人员提议使用DSP来构建用于光线跟踪加速的硬件单元,名为“ TigerSHARK”。
  • Hanspeter Pfister和三菱电机研究实验室的研究人员于1999年在定制硬件上使用光线跟踪算法实现体绘制。使用基于vg500 / VolumePro ASIC的系统,并于2002年由蒂宾根大学的研究人员采用VIZARD II技术使用FPGA。
  • (2002年),由-Ing Slusallek博士领导的萨尔大学计算机图形实验室已经生产出了原型射线追踪硬件,包括基于FPGA的固定功能数据驱动的SaarCOR(Saarbrücken的相干优化射线追踪器)芯片和更高级的可编程(2005)处理器、射线处理单元(RPU)。
  • (2002–2009)位于英国的ART VPS公司(成立于2002)出售用于离线渲染的光线追踪硬件。硬件使用了多个专用处理器来加速射线三角形相交测试。该软件提供了与Autodesk Maya和Max数据格式的集成,并利用Renderman场景描述语言将数据发送到处理器(.RIB或Renderman接口字节流文件格式)。自2010年起,ARTVPS不再生产光线追踪硬件,而是继续生产渲染软件。
  • Siliconarts开发了专用的实时光线追踪硬件(2010年)。发布了RayCore(2011),它是世界上xxx个实时射线追踪半导体IP。
  • Caustic Graphics制作了一个插件卡“ CausticOne”(2010年),当与PC CPU和GPU耦合时,该卡可加速全局照明和其他基于射线的渲染过程。硬件被设计为将散射的光线(通常由全局照明问题产生)组织为更相干的集合(较低的空间或角度扩展),以供外部处理器进行进一步处理。
  • Imagination Technologies在收购Caustic Graphics之后,生产了Caustic Professional的R2500和R2100插入式卡,其中包含RT2射线跟踪单元(RTU)。每个RTU每秒能够计算多达5000万条非相干射线。
  • Nvidia与Microsoft DirectX合作,于2018年宣布了Nvidia RTX开发人员库,该库承诺提供由Volta一代GPU中的硬件加速射线跟踪(ASIC张量内核)支持的快速实时射线跟踪解决方案。
  • 2020年10月,AMD宣布了有关“刷新” RDNA体系结构的更多信息。据该公司称,其下一代RDNA 2 图形卡将支持实时硬件加速的射线追踪。

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  1. 光线追踪硬件
  2. 射线追踪和光栅化
  3. 光线追踪硬件的实现

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