照片级实时渲染背后的技术，探索逼真的3D实时渲染项目

多年来，建筑师、设计师和 3D 艺术家一直梦想着实时光线追踪图形。能够实时探索、交互和更改场景可以缩短工作流程，加快完成拍摄的时间，并使客户更容易理解和操作您最复杂的设计。

本文将探讨使实时渲染成为可能的令人难以置信的技术发展，以及开发人员在创建这些独特体验时所面临的挑战。

什么是实时渲染？

允许我们使用计算机创建 3D 图像的两种方法：光线追踪和光栅化。回顾一下：

光线追踪通过追踪来自相机的光线穿过像素的虚拟平面并模拟其与物体相遇的效果来生成图像。

光栅化从虚拟三角形网格在屏幕上创建对象，从而创建对象的 3D 模型。

每个都有其优势：光线追踪是为高质量的照片级真实感而设计的，而光栅化则优先考虑交互性能。对于在 CG 行业工作的任何人来说，合乎逻辑的问题是，有没有一种方法可以同时获得这两种好处：光线追踪的质量与实时渲染的速度和交互性？答案是肯定的！

要了解照片级实时渲染的工作原理，我们需要深入研究物理上精确的渲染器计算 3D 场景所涉及的两个阶段：光线投射和着色。

什么是光线投射？

顾名思义，光线投射是将光线与场景中的所有对象相交的过程。在一个大场景中，可能有数百万个几何体和数十亿个多边形。这种复杂的操作必须在特定的算法下进行结构化，以减少计算时间。

阴影是如何工作的？

阴影通过物体对光的反应方式决定了它的外观。着色过程还定义了提供有关阴影、反射、全局照明信息的光线。在大场景中，着色网络非常重要。如果它们很复杂，则评估的计算成本可能会很高。

寻找平衡

几何体的数量和着色器的复杂性会改变光线投射和着色之间的平衡。例如，在将单个简单材质应用于数百万个多边形的场景中，光线投射过程占渲染时间的 90%。相比之下，在材质复杂但几何体较少的场景中，光线投射只能占用 20% 的评估时间，而着色处理则会占用其余时间。

这两个过程都需要功能强大且高效的硬件和软件。幸运的是，由于一个不断发展的行业：视频游戏，我们正处于技术革命之中。

游戏引擎

视频游戏引擎为我们提供了通过光栅化技术实时体验计算机图形的能力，图形处理单元 (GPU) 的发展加速了这一技术。这些芯片出现在流行的游戏机和游戏 PC 中，可以在超宽屏显示器和 VR 耳机上以 4K 和 8K 分辨率为壮观的图形提供动力。

我们可以通过 GPU 来利用这种计算能力，甚至可以实时渲染我们最复杂的项目，例如NVIDIA 的 RTX 产品，它具有专用的光线追踪 (RT) 核心来加速光线投射和着色的过程。

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