Почему каждый инженер должен знать о трассировке лучей

Новая архитектура чипов Turing от Nvidia сочетает в себе специализированное ядро ​​трассировки лучей с сердечниками Tensor для машинного обучения для доставки высококачественных изображений с трассировкой лучей в реальном времени. (Источник изображения: Nvidia)

Если вы являетесь инженером или разработчиком, работающим с VR / AR / XR, дизайном продукта, симуляцией или если вы используете САПР в любой форме, вы должны добавить трассировку лучей в свой словарный запас , если его еще нет. Благодаря своей новой архитектуре чипов Nvidia обещает доставить высококачественную графику, ранее зарезервированную для видеоигр высшего класса и широкобюджетных голливудских фильмов, в технологические процессы и приложения для проектирования продуктов.

Nvidia представила новую серию графических процессоров Quatro RTX на базе новой архитектуры микросхем под названием Turing. Он применяет специализированные процессорные ядра и искусственный интеллект для трассировки лучей для рендеринга высокореалистичной компьютерной графики в реальном времени. С помощью трассировки лучей инженеры-конструкторы теперь смогут выполнять моделирование и дизайн виртуального продукта, который обеспечивает рендеринг реалистичного освещения, теней и отражений в реальном времени. Любой материал, который может быть смоделирован практически, может выглядеть и реагировать на свет в виртуальной симуляции так же, как в реальном мире. Раньше инженерам-разработчикам приходилось довольствоваться низким качеством или достаточно хорошими изображениями или использовать фермы процессоров для рендеринга изображений высокой четкости (что может занять минуты или часы, в зависимости от качества процессоров).

Кто такой Рей? И что он трассирует?

Хотя подобный «трассировка лучей» с точки зрения компьютерной графики не следует путать с термином, поскольку он применяется к физике (вычисление путей волн и частиц через переменные среды). Трассировка лучей, которую мы подразумеваем здесь, относится к симуляции света и тому, как он ведет себя в реальном мире.

Большая проблема с верностью между тем, что мы видим своими глазами, и тем, что мы видим на экране компьютера или в виртуальном мире, связана с тем, как ведет себя свет. В реальном мире легкие отскоки, блокируются и поглощаются объектами, в зависимости от различных свойств, которые будут хорошо знать любой инженер-конструктор материалов — все это влияет на то, как этот объект появляется нам.

Компьютерная графика, как они обычно встречаются сегодня, имитирует этот эффект при растрировании. Растеризация, по существу, создает изображения, поворачивая данные (цвет, положение, текстуру) каждого отдельного пикселя или многоугольника объекта в цифровые изображения. Это очень хорошо и может создать некоторые очень фотореалистичные образы в своем собственном праве, особенно с современными компьютерами с высокой производительностью. И большой плюс в том, что это можно сделать очень быстро вычислительно.

Трассировка лучей, напротив, работает путем имитации света, действующего на виртуальные объекты. Он фактически «отслеживает» путь виртуального света (как пиксели), поскольку он взаимодействует с виртуальными объектами — отскакивает, поглощается, блокируется и т. Д. В результате вы получаете гораздо более реалистичный рендеринг объекта, потому что виртуальный свет ведя себя так, как это делает настоящий свет.

Это не фотография. Это изображение с трассировкой лучей, созданное художником Энрико Керикой с использованием программного обеспечения OctaneRender. Трассировка лучей позволяет получить такие детали, как искажение в стекле, рассеивание света в окнах и полах и реалистичные отражения света от различных объектов. Теперь представьте, что изображения и среды, подобные этому, отображаются в реальном времени. (Источник изображения: Nvidia / Enrico Cerica)

Это не новая идея. Трассировка лучей существовала как концепция, по крайней мере, с 1960-х годов, когда Артур Аппель, исследователь из IBM, рассмотрел эту идею в статье под названием «Некоторые методы визуализации штриховых машин твердых тел». Согласно тезису статьи: «Некоторые приложения компьютерной графики требуют яркой иллюзии реальности … Если методы автоматического определения светочувствительности с хорошим разрешением должны быть конкурентоспособными по линейным чертежам, и это возможно, машинные сгенерированные фотографии могут заменить линейные чертежи в качестве основного режима графическая коммуникация в технике и архитектуре ».

Prettier, and Now Faster

Посмотрите на все, что прослежено лучами! (Источник изображения: Marvel Studios / Disney)

. Многолетняя проблема с трассировкой лучей заключается в том, что она очень интенсивно вычисляема, и она не может быть реализована для рендеринга графики в реальном времени. Однако он нашел множество других применений на аренах, где графика может быть предварительно отображена. Если вы недавно были в кино, вы стали свидетелем волшебства трассировки лучей. Если вы удивлялись (каламбур) в битве Танос с The Avengers в Infinity War, вы видели качество изображений, которые может создать трассировка лучей, особенно в условиях чужой планеты и в характере Таноса ,

Новое оборудование Nvidia нацелено на то, чтобы выполнить всю работу по трассировке лучей, что может существенно сократить расходы и в конечном итоге открыть доступ к широкому спектру корпоративных приложений. «Трассировка лучей революционизирует корпоративные приложения, кинематографические впечатления и захватывающий VR», — сказал Боб Петт, вице-президент по профессиональной визуализации в NVIDIA, News Design по электронной почте. «Теперь художники и дизайнеры могут создавать, просматривать и взаимодействовать с контентом, который практически неотличим от реальности, все в реальном времени. Разработчики приложений профессионального дизайна прыгают с возможностью привлечения трассировки лучей в реальном времени, массового увеличения скорости и других преимуществ Тьюринга для своих клиентов ».

Испытание Тьюринга

В основе новой архитектуры Turing от Nvidia относятся процессоры, предназначенные для трассировки лучей под названием RT Cores. Каждый RT Core предназначен для ускорения обработки света и звука в трехмерных средах со скоростью 10 гигабайт в секунду (луч giga равен 1 миллиарду световых лучей). В сочетании с RT Cores представлена ​​серия процессоров Tensor Cores, разработанных специально для обработки AI и машинного обучения. Объединив оптимизацию трассировки лучей RT Cores с возможностями AI ядер машины, Nvidia заявляет, что ее архитектура Turing может ускорить такие функции, как удаление шумов сигнала (шумоподавление), настройка разрешения изображения на экраны для сохранения качества (масштабирование разрешения) и преобразование частоты кадров видео (повторное время видео).

В частности, с точки зрения приложений VR архитектура Turing также может помочь в позиционном отслеживании, отслеживании глаз и визуализации, которые являются ключевыми методами создания впечатляющего визуального восприятия для пользователей VR.

Dassault Systèmes и Autodesk, оба больших имени в дизайне предприятия, уже подписали контракт с партнерами, чтобы начать использовать оборудование GPU на основе Turing для трассировки лучей. Autodesk будет внедрять Turing в свой графический процессор Arnold для трассировки лучей. Dassault Systèmes планирует использовать графические процессоры RTX в своем пакете 3DEXPERIENCE CATIA для проектирования в области электрических, механических, системных и жидкостных технологий, в частности, для ускорения приложений визуализации и проектирования VR. Еще один партнер, представляющий интерес для инженеров Siemens NX, обязуется использовать Turing в своем PLM-программном обеспечении для приложений, таких как шумоподавление на основе AI, а также поддержка MDL.

Цены на графические карты для трассировки лучей по-прежнему являются дорогостоящими для некоторых, особенно на потребительском уровне. Графический процессор GeForce RTX 2070 с наименьшим уровнем производительности предназначен для видеоигр и оценивается в 499 долларов, а самый высокий — RTX 2080 Ti, продается за $ 1,199. Но по мере того, как цены снижаются, и все больше инженеров и дизайнеров привлекают новые приложения для разработки и моделирования виртуальных продуктов, легко заметить, что трассировка лучей становится новым стандартом в CAD и других дизайнерских приложениях. И давайте не будем забывать, что это приведет к тому, что игры, которые вы играете в режиме простоя, выглядят намного интенсивнее.

Крис Вильц — старший редактор в Design News охватывающий новые технологии, включая AI, VR / AR и робототехнику.

Today's Insights. Tomorrow's Technologies. ESC возвращается в Миннеаполис, 31 октября — 1 ноября 2018 года, со свежей, углубленной двухдневной образовательной программой, разработанной специально для нужд современных специалистов в области системных систем. технические учебные пособия и множество ведущих технических талантов на сцене, вы получите специальное обучение, необходимое для создания конкурентоспособных встроенных продуктов. Получите практические навыки в классе и поговорите непосредственно с инженерами и разработчиками, которые могут помочь вам работать быстрее, дешевле и умнее. Нажмите здесь, чтобы отправить регистрационное расследование сегодня.