Аппаратное обеспечение трассировки лучей
Аппаратное обеспечение трассировки лучей специального назначения, — это компьютерное оборудование предназначенное для ускорения вычислений трассировки лучей .
: трассировка лучей Введение растеризация и
Концептуально проблему рендеринга 3D-графики можно представить как поиск всех пересечений между набором « примитивов » (обычно треугольников или многоугольников ) и набором «лучей» (обычно одного или нескольких на пиксель). [1]
До 2010 года все типичные платы графического ускорения, называемые графическими процессорами (GPU), использовали растеризации алгоритмы . Алгоритм трассировки лучей решает проблему рендеринга по-другому. На каждом шаге он находит все пересечения луча с набором соответствующих примитивов сцены.
Оба подхода имеют свои преимущества и недостатки. Растеризация может выполняться с помощью устройств, основанных на модели потоковых вычислений , по одному треугольнику за раз, а доступ ко всей сцене необходим только один раз. [а] Недостаток растеризации заключается в том, что нелокальные эффекты, необходимые для точного моделирования сцены, такие как отражения и тени , сложны; и преломления [2] практически невозможно вычислить.
Алгоритм трассировки лучей по своей сути подходит для масштабирования путем распараллеливания рендеринга отдельных лучей. [3] Однако что-либо иное, чем приведение лучей, требует рекурсии алгоритма трассировки лучей (и произвольного доступа к графу сцены ) для завершения анализа. [4] поскольку отраженные, преломленные и рассеянные лучи требуют повторного доступа к различным частям сцены способом, который трудно предсказать. Но он может легко вычислять различные виды физически правильных эффектов , обеспечивая гораздо более реалистичное впечатление, чем растеризация. [б]
Сложность хорошо реализованного алгоритма трассировки лучей логарифмически масштабируется; [с] это связано с тем, что объекты (треугольники и наборы треугольников) помещаются в деревья BSP или подобные структуры и анализируются только в том случае, если луч пересекается с ограничивающим объемом раздела двоичного пространства. [5] [д]
Реализации [ править ]
Были созданы различные реализации оборудования трассировки лучей, как экспериментальные, так и коммерческие:
- (1995) Основание Advanced Rendering Technology (ART). [6] в Кембридже, Великобритания, на основе докторской диссертации 1994 года для производства специализированного кремния для трассировки лучей (первоначально чип «AR250», который ускорял пересечение лучей и треугольников, обход ограничивающего прямоугольника и затенение), используя сетевой ускоритель «RenderDrive» для автономной работы. рендеринг линий. [7] Впервые продукция была отправлена клиентам в 1998 году. [8] Программное обеспечение обеспечивало интеграцию с форматами данных Autodesk Maya и Max и использовало язык описания сцены Renderman для отправки данных в процессоры (формат файла .RIB или Renderman Interface Bytestream). [9] ART была переименована в ART-VPS в 2002 году. [10] По состоянию на 2010 год ART-VPS больше не производит оборудование для трассировки лучей, но продолжает производить программное обеспечение для рендеринга. [10]
- (1996) Исследователи из Принстонского университета предложили использовать DSP для создания аппаратного блока для ускорения трассировки лучей, получившего название «TigerSHARK». [11]
- Реализация объемного рендеринга с использованием алгоритмов трассировки лучей на специальном оборудовании была осуществлена в 1999 году Ханспетером Пфистером. [12] и исследователи из Mitsubishi Electric Research Laboratories . [13] с системой на базе ASIC vg500 / VolumePro, а в 2002 году с FPGA исследователями Тюбингенского университета с VIZARD II. [14]
- (2002) Лаборатория компьютерной графики Саарского университета под руководством доктора технических наук. Филипп Слусаллек разработал прототип оборудования для трассировки лучей, включая чип SaarCOR (Saarbrücken's Coherence Optimized Ray Tracer) на базе FPGA с фиксированными функциями и данными. [15] [16] [17] и более совершенный программируемый (2005 г.) процессор Ray Processing Unit (RPU). [18]
- (2009–2010) Интел [19] продемонстрировали свой прототип графического процессора Larrabee и Knights Ferry MIC на форуме разработчиков Intel в 2009 году с демонстрацией трассировки лучей в реальном времени.
- Каустическая графика [20] выпустила сменную карту CausticOne (2009 г.), [21] это ускоряло глобальное освещение и другие процессы рендеринга на основе лучей при подключении к процессору и графическому процессору ПК. Аппаратное обеспечение предназначено для организации рассеянных лучей (обычно возникающих из-за проблем с глобальным освещением) в более последовательные наборы (с меньшим пространственным или угловым разбросом) для дальнейшей обработки внешним процессором. [22]
- Силиконартс [23] разработал специальное оборудование для трассировки лучей в реальном времени (2010 г.). Анонсировано RayCore (2011 г.), который является первым в мире полупроводниковым IP с трассировкой лучей в реальном времени.
- В августе 2013 года компания Imagination Technologies , после приобретения Caustic Graphics , выпустила подключаемые карты Caustic Professional R2500 и R2100, содержащие блоки трассировки лучей RT2 (RTU). Каждый RTU был способен вычислять до 50 миллионов некогерентных лучей в секунду. [24]
- В январе 2018 года Nvidia в партнерстве с Microsoft DirectX анонсировала библиотеку разработчиков Nvidia RTX, [25] которая обещала быстрые программные решения для трассировки лучей в графических процессорах поколения Volta . [26]
- В сентябре 2018 года Nvidia представила свои графические процессоры GeForce RTX и Quadro RTX, основанные на архитектуре Turing , с аппаратно-ускоренной трассировкой лучей с использованием отдельного функционального блока, публично называемого «ядро RT». Этот блок в некоторой степени сравним с текстурным блоком по размеру, задержке и интерфейсу с ядром процессора. Модуль обеспечивает обход BVH , декомпрессию сжатого узла BVH, тестирование пересечения лучей и AABB и тестирование пересечений лучей и треугольников. [27] GeForce RTX 2080 и 2080 Ti стали первыми ориентированными на потребителя видеокартами, способными выполнять трассировку лучей в реальном времени. [28]
- В октябре 2020 года AMD объявила дополнительную информацию об «обновлении» микроархитектуры . RDNA По данным компании, микроархитектура RDNA 2 поддерживает аппаратную ускоренную трассировку лучей в реальном времени, состоящую из декодирования узла BVH, тестирования пересечения лучей-AABB и тестирования пересечения лучей-треугольников. [29] [30]
- Intel выпустила графический процессор Arc Alchemist в 2022 году. [31] [32] [33] в котором графический процессор оснащен ядром ускорения трассировки лучей, которое работает сравнительно с RTX 3000 . графическим процессором среднего класса серии [34]
- 4 ноября 2021 года компания Imagination Technologies анонсировала свой графический процессор IMG CXT с аппаратно-ускоренной трассировкой лучей. [35] [36]
- 18 января 2022 года компания Samsung анонсировала SoC Exynos 2200 AP с аппаратно-ускоренной трассировкой лучей на основе архитектуры графического процессора AMD RDNA2. [37]
- 28 июня 2022 года компания Arm анонсировала Immortalis-G715 с аппаратно-ускоренной трассировкой лучей. [38]
- 16 ноября 2022 года Qualcomm анонсировала Snapdragon 8 Gen 2 с аппаратно-ускоренной трассировкой лучей. [39] [40]
- 12 сентября 2023 года Apple анонсировала свой Apple A17 с аппаратно-ускоренной трассировкой лучей. [41]
Примечания [ править ]
- ^ Для дополнительных визуализаций, таких как тени или отражения, например, создаваемые большим плоским водоемом, для каждого эффекта требуется дополнительный проход графа сцены.
- ^ Методы растеризации способны легко генерировать реалистичные тени (включая тени, создаваемые частично прозрачными объектами) и плоские отражения (по состоянию на 2010 год), но нелегко реализовать отражения от неплоских поверхностей (за исключением приближений с использованием карт нормалей ) или преломлений.
- ^ То есть, если X — количество треугольников, то количество вычислений для завершения сцены пропорционально log(X).
- ^ Те же методы можно использовать и при растеризации; в упрощенной реализации отсечение ограничивается теми разделами BSP, которые лежат в пределах гораздо большей усеченной пирамиды просмотра (более продвинутые реализации, включая те, которые реализуют отсечение окклюзии или предикатный рендеринг, масштабируются лучше, чем линейно для сложных (особенно с высокой степенью окклюзии) сцен (примечание в общих API : DirectX 10 D3D10_QUERY_OCCLUSION_PREDICATE [1] , в OpenGL 3.0 HP_occlusion_query ). При трассировке лучей усеченная пирамида просмотра заменяется объемом, заключенным в один луч (или пучок лучей).
Ссылки [ править ]
- ^ Введение в трассировку лучей в реальном времени [ постоянная мертвая ссылка ] Примечания к курсу, Курс 41, Филипп Слюсаллек, Питер Ширли , Билл Марк, Гордон Столл, Инго Уолд, SIGGRAPH 2005, (презентация PowerPoint), слайд 26: Сравнение растеризации и трассировки лучей (определения) graphics.cg.uni-saarland.de
- ^ Исследование Криса Ваймана: интерактивные преломления. Архивировано 2 июля 2010 г. на факультете компьютерных наук Wayback Machine Университета Айовы, www.cs.uiowa.edu .
- ^ SaarCOR — Аппаратная архитектура для трассировки лучей, Йорг Шмиттлер, Инго Вальд, Филипп Слусаллек, Раздел 2, «Предыдущая работа»
- ^ SaarCOR — Аппаратная архитектура для трассировки лучей, Йорг Шмиттлер, Инго Вальд, Филипп Слусаллек, Раздел 3, «Алгоритм трассировки лучей»
- ^ Трассировка лучей и игры - год спустя Дэниел Пол, 17.01.2008, через "PCperspective", www.pcper.com
- ^ Cold Chips: RenderDrive от ART
- ^ Веб-сайт компании ART. Архивировано 27 декабря 1996 г. на Wayback Machine www.art.co.uk.
- ^ Пресс-релиз ART. Архивировано 13 мая 1998 г. на Wayback Machine. ART использует чипы для ускорения рендеринга с трассировкой лучей.
- ^ ВСЕ ОБ ARTVPS, PURE CARDS, RENDERDRIVES и RAYBOX. Архивировано 14 апреля 2009 г. в Wayback Machine Mark Segasby (Protograph Ltd), www.protograph.co.uk .
- ↑ Перейти обратно: Перейти обратно: а б Об ArtVPS www.artvps
- ^ Аппаратно-ускоренный механизм трассировки лучей Грег Хамфрис, К. Скотт Ананян (независимая работа), факультет компьютерных наук, Принстонский университет, 14.05.1996, cscott.net .
- ^ ASIC vg500 для преобразования лучей в реальном времени . Архивировано 20 ноября 2008 г. в Wayback Machine Ханспетер Пфистер, MERL — исследовательская лаборатория Mitsubishi Electric, Кембридж, Массачусетс (США) , www.hotchips.org.
- ^ Ханспетер Пфистер; Ян Харденберг; Джим Ниттели; Хью Лоури; Ларри Сейлер (апрель 1999 г.). «Система преобразования лучей в реальном времени VolumePro» (PDF) . Митсубиси Электрик. CiteSeerX 10.1.1.69.4091 . Архивировано из оригинала (PDF) 16 июня 2011 г. Проверено 27 февраля 2010 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ VIZARD II: Интерактивная система объемного рендеринга на основе FPGA. Архивировано 21 ноября 2008 г. в Wayback Machine. Урс Канус, Грегор Ветекам, Йоханнес Хирче, Михаэль Мейснер, Тюбингенский университет / Philips Research Hamburg, Graphics Hardware (2002), стр. 1–11, через www.doggetts.org.
- ^ «SaarCOR — аппаратная архитектура для трассировки лучей» .
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ Шмиттлер, Йорг; Вальд, Инго; Слусаллек, Филипп (2002). «SaarCOR — Аппаратная архитектура для трассировки лучей» (PDF) . Графическое оборудование . Германия: Группа компьютерной графики, Саарский университет: 1–11. Архивировано из оригинала (PDF) 14 августа 2011 г. Проверено 22 ноября 2011 г.
- ^ Йорг Шмиттлер; Свен Вуп; Дэниел Вагнер; Вольфганг Дж. Пол; Филипп Слюсаллек (2004). «Трассировка лучей динамических сцен в реальном времени на чипе FPGA». Графическое оборудование . Компьютерные науки, Саарский университет, Германия. CiteSeerX 10.1.1.72.2947 .
- ^ Свен Вуп; Йорг Шмиттлер; Филипп Слюсаллек. «RPU: программируемый блок обработки лучей для трассировки лучей в реальном времени» (PDF) . Саарский университет. Архивировано из оригинала (PDF) 15 апреля 2012 г. Проверено 22 ноября 2011 г.
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) - ^ «Демонстрация графики Ларраби IDF 2009 Шона Мэлони — YouTube» . www.youtube.com . Архивировано из оригинала 21 декабря 2021 г. Проверено 6 января 2021 г.
- ^ Веб-сайт компании Caustic Graphics www.caustic.com
- ^ «Обзор технологии ускорения трассировки лучей Caustic Graphics — взгляд на ПК» . pcper.com . 20 апреля 2009 г. Проверено 5 августа 2022 г.
- ^ Новое изобретение трассировки лучей , 15 июля 2009 г., интервью Джонатана Эриксона с Джеймсом МакКомбом из Caustic Graphics, www.drdobbs.com
- ^ Веб-сайт компании Siliconarts www.siliconarts.com.
- ^ «Обзор будущего трассировки лучей: ускоритель Caustic R2500 наконец приближает нас к трассировке лучей в реальном времени | ExtremeTech» . ЭкстримТех . 01.08.2013 . Проверено 5 октября 2015 г.
- ^ «Технология NVIDIA RTX™» . Разработчик NVIDIA . 06.03.2018 . Проверено 20 апреля 2018 г.
- ^ О, Нейт. «NVIDIA анонсирует технологию RTX: ускорение трассировки лучей в реальном времени для графических процессоров Volta и более поздних версий» . Проверено 20 апреля 2018 г.
- ^ Килгарифф, Эммет; Мортон, Генри; Стэм, Ник; Белл, Брэндон (14 сентября 2018 г.). «Подробное описание архитектуры NVIDIA Turing» . Разработчик Нвидиа . Архивировано из оригинала 13 ноября 2022 г. Проверено 13 ноября 2022 г.
- ^ Такахаши, Дин (20 августа 2018 г.). «Nvidia представляет графические чипы GeForce RTX для игр с трассировкой лучей в реальном времени» . ВенчурБит . Архивировано из оригинала 13 ноября 2022 г. Проверено 13 ноября 2022 г.
- ^ Джадд, Уилл (28 октября 2020 г.). «AMD представляет три видеокарты Radeon 6000 с трассировкой лучей и производительностью, превосходящей RTX» . Еврогеймер . Проверено 28 октября 2020 г.
- ^ «AMD объявляет о презентациях Ryzen «Zen 3» и Radeon «RDNA2» в октябре: новое путешествие начинается» . anandtech.com . АнандТех . 09.09.2020 . Проверено 25 октября 2020 г.
- ^ «Intel официально выпускает настольную видеокарту Arc A380 в Китае по цене 153 доллара США» . VideoCardz.com . Проверено 13 декабря 2022 г.
- ^ обновлено, последний раз Марк Тайсон (28 сентября 2022 г.). «Видеокарта Intel Arc A310 потихоньку становится официальной» . Аппаратное обеспечение Тома . Проверено 13 декабря 2022 г.
- ^ «Видеокарты Intel Arc A770 и Arc A750 теперь можно купить по цене от 289 долларов» . Разработчики XDA . 12 октября 2022 г. Проверено 13 декабря 2022 г.
- ^ «Работает ли трассировка лучей на графических процессорах Intel Arc?» . Цифровые тенденции . 08.10.2022 . Проверено 13 декабря 2022 г.
- ^ 93цифровой (04.11.2021). «Imagination запускает самый совершенный графический процессор с трассировкой лучей» . Воображение . Проверено 17 сентября 2023 г.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ «Трассировка лучей» . Воображение . Проверено 17 сентября 2023 г.
- ^ «Samsung представляет процессор Exynos 2200, меняющий правила игры, с графическим процессором Xclipse на базе архитектуры AMD RDNA 2» . news.samsung.com . Проверено 17 сентября 2023 г.
- ^ «Новые графические процессоры Arm повышают игровую производительность - Анонсы - Блоги сообщества Arm - Сообщество Arm» . сообщество.arm.com . 28 июня 2022 г. Проверено 17 сентября 2023 г.
- ^ «Snapdragon 8 Gen 2 определяет новый стандарт для смартфонов премиум-класса» . www.qualcomm.com . Проверено 17 сентября 2023 г.
- ^ «Новый Snapdragon 8 Gen 2: представлено 8 необычных мобильных возможностей» . www.qualcomm.com . Проверено 17 сентября 2023 г.
- ^ Боншор, Райан Смит, Гэвин. «Прямой блог о осеннем мероприятии Apple iPhone 2023 (начинается в 10:00 по тихоокеанскому времени/17:00 по всемирному координированному времени)» . www.anandtech.com . Проверено 17 сентября 2023 г.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
Дальнейшее чтение [ править ]
- Современное состояние интерактивной трассировки лучей Инго Вальд и Филипп Слусаллек, Группа компьютерной графики, Саарский университет, Обзорная статья за 2001 год