NVIDIA продемонстрировала новый алгоритм трассировки лучей

В рамках мероприятия SIGGRAPH 2020 исследователи NVIDIA (в сотрудничестве с Visual Computing Lab в Дартмутском колледже) недавно выпустили документ, демонстрирующий ReSTIR – новый алгоритм трассировки лучей, способный воспроизводить динамическое прямое освещение и тени от миллионов источников света в режиме реального времени.

Описывая алгоритм трассировки лучей ReSTIR, Бенедикт Биттерли, один из авторов статьи и аспирант Дартмута, который только что получил стипендию NVIDIA 2020 года, заявил:

Наша ключевая идея состояла в том, чтобы повторно использовать информацию из пространственно и временно соседних пикселей, чтобы сообщить, какие лучи нужно отслеживать. Эта идея напоминает современные постпроцессные шумоподавление и сглаживание, но в то время как сглаживание непосредственно фильтрует цвета пикселей, мы фильтруем вероятности, чтобы помочь направлять лучи для уменьшения будущего шума.

Кевин Марго, креативный директор CGI в компании NVIDIA, добавил:

Это приведет к огромным изменениям в создании контента. Это исследование позволяет нам освещать сцены интуитивно, размещая произвольное количество излучающих объектов, которые отбрасывают динамические тени, и освещение «просто работает» в рендере.

ReSTIR многократно пересчитывает набор возможных образцов света и применяет дополнительную пространственную и временную пересчетку, чтобы использовать информацию из соответствующих соседних образцов.

Во впечатляющей видео-демонстрации ниже, новый алгоритм трассировки лучей сумел сделать все это, отслеживая не более 8 лучей на пиксель, отрисовывая сцены, содержащие до 3,4 миллиона динамических и излучающих треугольников с частотой менее 50 мс на кадр. В качестве графического процессора использовалась GeForce RTX 2080Ti, за исключением сцены в парке развлечений, которая, по мнению исследователей, предъявляла более высокие требования к памяти и, следовательно, требовала использовать вместо нее графическую карту Titan RTX.

В целом, этот подход в 6-60 раз быстрее, чем в предшествующих современных методах при использовании несмещенной оценки и 35-65x быстрей при использовании смещенной оценки (что дополнительно снижает шум за счет некоторого затемнения изображения и потери энергии). Еще один важный вывод, по мнению исследователей, заключается в том, что удаление шума и фильтрация не должны быть ограничены постобработкой после выполнения рендеринга, поскольку в алгоритме трассировки лучей ReSTIR удаление шума является частью основного средства визуализации.

Как и в большинстве научных исследований, ReSTIR, вероятно, еще не готов к практической реализации. На самом деле, сами исследователи указывают на некоторые текущие ограничения, с которыми сталкивается их метод при попытке расширить глобальное освещение.

Новая технология – это еще одно доказательство того, что трассировка лучей пришла надолго. Если графические процессоры текущего поколения Turing, такие как RTX 2080Ti и Titan RTX, уже могут воспроизводить миллионы динамических источников света в режиме реального времени, задача должна быть намного проще для будущих графических процессоров следующего поколения на основе Ampere, которые, по слухам, экспоненциально быстрей в этой конкретной области. Скоро мы узнаем больше подробностей, учитывая, что запуск ожидается к сентябрю.