Используйте возможности трассировки лучей HDRP Unity с NVIDIA

Зарегистрируйтесь на NVIDIA сайте, чтобы посетить живой вебинар. Он начнется в 10:00 по тихоокеанскому времени в среду, 27 января 2021 года, и продлится около часа. Если вы не сможете присутствовать, вы сможете посмотреть сессию по запросу позже.

Все участники живого вебинара будут внесены в розыгрыш шанса выиграть одну (1) NVIDIA® Quadro RTX™ 5000! Однако вы должны зарегистрироваться и присутствовать на всем живом вебинаре, чтобы иметь право на участие.

Для сценариев освещения трассировка лучей заключается в стрельбе лучами от камер или поверхностей к другим поверхностям и световым структурам, особенно за пределами поля зрения камеры, чтобы сгенерировать освещение. Производство фильмов и высококачественная визуализация широко используют трассировку лучей. Однако до недавнего времени количество вычислительной мощности, необходимое для рендеринга таких изображений с разумной частотой кадров, делало эту технику непригодной для приложений в реальном времени. В результате в играх на протяжении десятилетий использовался альтернативный метод: растеризация. Проще говоря, это заключается в затенении пикселей на экране, определяя, какие источники света на них влияют, и действительно не включает концепцию трассировки лучей и имеет несколько ограничений из-за своей природы, основанной на экране.

К счастью, с демократизацией аппаратно-ускоренной трассировки лучей, найденной в последних массовых графических процессорах, трассировка лучей может вскоре стать новой нормой для генерации освещения, особенно на более мощных платформах. High Definition Render Pipeline (HDRP) предлагает гибридный конвейер трассировки лучей, смешивая традиционные растеризованные и трассировочные техники. Он предлагает версии трассировки лучей для общих эффектов освещения, таких как амбиентная окклюзия (AO), отражения, глобальное освещение (GI), рассеяние подповерхности и тени.

Например, посмотрите на этот впечатляющий показ 2019 BMW 8 Series Coupe, результат сотрудничества между Unity, NVIDIA и BMW. Он демонстрирует, как трассировка лучей в реальном времени может обеспечить фотореалистичные результаты за короткое время и по меньшей стоимости, чем решения для оффлайн-рендеринга.

Рендеринг с трассировкой лучей в HDRP в настоящее время находится в режиме предварительного просмотра, что означает, что он не обязательно готов к производству. Тем не менее, вы более чем приветствуете возможность поэкспериментировать с ним и дать нам обратную связь на форумах.

В вебинаре будет использован совершенно новый шаблон HDRP, доступный в Unity 2020.2.

Таким образом, вы сможете следовать инструкциям, представленным в вебинаре, после того как вы загрузите Unity 2020.2. Начать свой проект очень просто: создайте новый проект в Unity Hub, выберите шаблон High Definition Render Pipeline и нажмите кнопку Создать.

В своей текущей версии шаблон HDRP использует только растеризованные техники для рендеринга освещения, через запеченные световые карты, Группы световых проб, Отражающие пробы, Тени и т.д. Таким образом, первый шаг вебинара будет заключаться в быстром преобразовании шаблона для использования трассировки лучей.

Позже я более подробно представлю 4 основных эффекта трассировки лучей, доступных в HDRP, а именно трассированное окклюзия окружающего света, отражения, глобальное освещение и тени. Наконец, я завершу сессию трассировкой путей HDRP, более грубым подходом к трассировке лучей, который обеспечивает еще большую визуальную четкость за счет значительно увеличенного времени рендеринга.

Окклюзия окружающего света в пространстве экрана (SSAO) была основой рендеринга в реальном времени для игр более десяти лет. Она используется для имитации диффузной окклюзии окружающей среды, чтобы улучшить визуальный контакт между объектами в мире и затемнить освещение в вогнутых областях. Тем не менее, этот эффект, если его слишком сильно усилить, может создавать ореолы вокруг геометрий и даже придавать мультяшный вид. Кроме того, одним из основных недостатков этой техники в пространстве экрана является ее неспособность генерировать окклюзию от объектов, которые находятся за пределами кадра, так как она полагается только на информацию о глубине, доступную в z-буфере. С положительной стороны, этот эффект по-прежнему отлично справляется с микро-окклюзией небольших областей в перспективе камеры при относительно низкой стоимости производительности.

Надеюсь, благодаря трассировке лучей, лучи могут быть направлены на поверхности за пределами фрустрации камеры, и, следовательно, они могут достигать объектов, расположенных за пределами кадра. Таким образом, вы можете получить отличную макро-окклюзию от крупных объектов, расположенных вокруг камеры. Хотя технически AO является лишь грубой аппроксимацией освещения окружающей среды, он может дополнять другие методы освещения, такие как световые карты или световые пробы, разрешение или плотность которых ограничены и, следовательно, не могут захватывать микро-окклюзию.

Аналогично SSAO, отражения в пространстве экрана (SSR) могут отражать только объекты, расположенные в кадре: снова, поверхности, которые не видны камере, не могут быть отражены. Например, если смотреть на пол, это приведет к тому, что техника SSR не сможет предоставить никакой полезной информации. Следовательно, SSR очень приближенный, и эта техника имеет много противников, включая меня, так как хорошее размещение статических отражающих проб может часто предоставить более привлекательные и менее отвлекающие результаты для большинства статических сценариев. Тем не менее, одна область, где SSR буквально сияет, это работа с плоскими отражениями для поверхностей, параллельных направлению взгляда, таких как полы, стены и потолки. Оптимальный случай использования для SSR будет камера, угол наклона которой зафиксирован, например, в гоночной игре.

Однако с трассировкой лучей мы можем получить доступ к информации, которая находится за пределами экрана, и, как следствие, мы можем предложить более точное отражение мира, по крайней мере в пределах определенного радиуса вокруг камеры, определяемого Кластером света и длиной лучей.

Одной из самых впечатляющих функций трассировки лучей является возможность генерировать глобальное освещение в реальном времени, то есть симуляция непрямого освещения, или, проще говоря, освещение, отражающееся в окружающей среде.

Обычно в игровых движках непрямое освещение обрабатывается с помощью предварительно вычисленных или запеченных техник, таких как световые пробы или световые карты, и они могут значительно замедлить время итерации художников и дизайнеров, работающих с освещением.

К счастью, HDRP предлагает 2 техники для RTGI: производительность и качество. Первая ориентирована на сценарии с высокой частотой кадров при прямом свете, в то время как вторая может предоставить очень точные результаты в более сложных интерьерах благодаря множественным отражениям и образцам, хотя и с очень высокой вычислительной стоимостью.

Из коробки, при использовании Высокого качества фильтрации теней (PCSS), HDRP предоставляет отличные карты теней, которые имитируют естественную гладкость теней, обеспечивая их резкость рядом с источниками теней, как в реальной жизни. Тем не менее, при использовании более дешевого Среднего качества фильтрации результаты могут быть разочаровывающими, так как вся карта теней фильтруется равномерно, независимо от расстояний между источниками и приемниками.

Результаты могут быть значительно улучшены с помощью теней с трассировкой лучей, направляя лучи от поверхностей к источникам света, чтобы определить количество окклюзии между ними. Таким образом, это может обеспечить крайне реалистичное приближение теней при умеренных затратах на производительность. Кроме того, HDRP поддерживает прозрачные тени!

Наконец, трассировка путей позволяет художникам значительно быстрее генерировать отличное качество изображения по сравнению с традиционными оффлайн-рендерами. Лучи выстреливаются из камеры, и всякий раз, когда они попадают на поверхность, мы выстреливаем еще другие лучи к другим поверхностям и источникам света (т.е. структура Light Cluster). Путешествие лучей между камерой и источниками света называется путем, откуда и название трассировки путей.

Преимущество трассировки путей по сравнению с другими методами трассировки лучей, упомянутыми выше, заключается в том, что она предоставляет единый процесс для генерации всего освещения, такого как тени, отражения, преломление и глобальное освещение. Основные недостатки этой техники - время рендеринга и шум. Однако для последнего мы можем накапливать образцы в течение нескольких секунд, чтобы достичь менее шумных результатов.

Надеюсь, после просмотра этого предстоящего вебинара у вас будет гораздо лучшее понимание ключевых функций трассировки лучей, доступных в Unity, и вы сможете значительно повысить визуальное качество ваших визуализаций и даже игр в реальном времени.

Мы с нетерпением ждем вашего участия в вебинаре, а также ответов на ваши вопросы в прямом эфире! И не забывайте, что вы также можете задавать вопросы и оставлять нам отзывы на форуме трассировки лучей Unity forum.

Пьер Ив Донзаллаз (Технический менеджер по искусству, НИОКР, Графика) - опытный художник по освещению с более чем десятилетним опытом работы в AAA в области рендеринга в реальном времени. У него сильный технический и художественный опыт, и он специализируется на освещении, улучшении уровней, UX, дизайне инструментов и улучшении рабочих процессов.

Он работал над награжденными играми и крупными AAA-продукциями, включая серию Crysis, Ryse: Сын Рима, Grand Theft Auto V и Red Dead Redemption 2.

В настоящее время он является членом команды графики НИОКР Unity, где он руководит другими техническими художниками, чья миссия - повысить эффективность художников, обучить пользователей по всему миру и разрабатывать новые инструменты, рабочие процессы и графические функции вместе с инженерами и дизайнерами.

Анис Бенюоб (старший графический программист, НИОКР, графика) в настоящее время работает над расширением графических конвейеров для игр и приложений в реальном времени, чтобы поддерживать трассировку лучей в реальном времени. Анис увлечен интеграцией Монте-Карло, физически обоснованным рендерингом и производительностью в реальном времени (и любит делиться своими знаниями с сообществом).

Перед тем как присоединиться к Unity, он работал в Pretty Simple Games в качестве графического инженера, в Autodesk в качестве инженера НИОКР в 3D на 3DS Max, а затем как инженер программного обеспечения в ядре игрового движка Stingray. Он получил степень магистра в области компьютерных наук в Ecole Polytechnique de Montréal с акцентом на компьютерную графику и степень магистра инженерии в области компьютерных наук в INSA Lyon.