XV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2023

Что такое Nvidia RTX и как они появились

NvidiaGeForceRTX (Ray Tracing Texel eXtreme) — это высококлассная профессиональная платформа для визуальных вычислений, созданная корпорацией Nvidia, которая в основном используется для проектирования сложных крупномасштабных моделей в архитектуре и дизайне продуктов, научной визуализации , исследованиях энергопотребления, играх, производстве фильмов и видео. Nvidia RTX обеспечивает трассировку лучей в реальном времени.  Исторически сложилось так, что трассировка лучей предназначалась для приложений, не работающих в реальном времени таких как: компьютерная графика в визуальных эффектах для фильмов и фотореалистичых рендерингов. Видеоиграм приходилось полагаться на прямое освещение и заранее рассчитанный косвенный вклад в их рендеринг. Видеокарты серии RTX способствует новой разработке компьютерной графики для создания интерактивных изображений, которые реагируют на освещение, тени и отражения. Видеокарты RTX работает на графических процессорах Nvidia Volta, Turing, Ampere и Ada Lovelace, в частности, используя ядра Tensor и новые ядра RT на Turing и его преемниках в архитектурах для ускорения трассировки лучей.

В марте 2019 года Nvidia объявила, что некоторые карты серии GTX 10 (Pascal) и серии GTX 16 (Turing) получат поддержку подмножеств технологии RTX в будущих драйверах, хотя на функции и производительность будет влиять отсутствие у них выделенных аппаратных ядер для лучей.  отслеживание. NVIDIA RTX является самой продвинутой платформой для работы технологий трассировки лучей и искусственного интеллекта, которые преображают и улучшают игровой процесс и работу приложений для создания контента. Более 150 игр и приложений уже получили прирост производительности, улучшенную графику и полезные функции на базе ИИ, например, NVIDIA DLSS и NVIDIA Broadcast. RTX – новый стандарт компьютерной графики.

В октябре 2020 года корпорация Nvidia анонсировала Nvidia RTX A6000 как первую видеокарту на базе архитектуры Ampere для использования на профессиональных рабочих станциях в линейке продуктов Nvidia RTX

Nvidia работала с Microsoft над интеграцией поддержки RTX с Microsoft DirectX рэйтрейсинг API (DXR).  RTX в настоящее время доступен через Nvidia OptiX и для DirectX. Для архитектур Turing и Ampere он также доступен для Vulkan.

GeForce RTX 20 Series — семейство графических процессоров NVIDIA, представленное 20 августа 2018 в рамках конференции Gamescom. Чипы семейства GeForce RTX 20 основаны на новой архитектуре Turing, названной в честь английского математика, логика и криптографа Алана Тьюринга. Заявлено увеличение производительности до 6 раз в области трассировки лучей по сравнению с графическими процессорами предыдущего поколения. В продаже с 20 сентября 2018 года. 

Серия GeForce RTX 20 поддерживает трассировку лучей в реальном времени, которая реализована с помощью новых RT-ядер. Для увеличения детализации изображения используются решения на базе искусственного интеллекта 

Составляющие

Помимо трассировки лучей, RTX включает в себя интеграцию с искусственным интеллектом, общие форматы ресурсов, поддержку растеризации (CUDA) и API-интерфейсы моделирования.  Компоненты RTX

ИИ-ускоренные функции (NGX)

Форматы активов (USD и MDL)

Растеризация, включая расширенные шейдеры

Трассировка лучей через OptiX, Microsoft DXR и Vulkan

Инструменты моделирования:

CUDA 10

Flex

PhysX

Разработка

API, использующие RTX

Nvidia OptiX являетсячастью Nvidia DesignWorks.  OptiX — это высокоуровневый или «алгоритмический» API, что означает, что он предназначен для инкапсуляции всего алгоритма, частью которого является трассировка лучей, а не только самой трассировки лучей.  Это предназначено для того, чтобы движок OptiX мог выполнять более крупный алгоритм без изменений на стороне приложения.

Помимо компьютерной графики рендеринга, OptiX также помогает в оптическом и акустическом дизайне, исследованиях радиации и электромагнитных, запросах искусственного интеллекта и  анализе столкновения

Список видеокарт Nvidia RTX

Nvidia выпустила множество карт с поддержкой RTX, включая серии 20,30 и 40, которая была недавно анонсирована:

20 серия

GeForce RTX 2060

GeForce RTX 2060 Super

GeForce RTX 2070

GeForce RTX 2070 Super

GeForce RTX 2080

GeForce RTX 2080 Super

GeForce RTX 2080 Ti

30 серия

GeForce RTX 3050

GeForce RTX 3050 Ti

GeForce RTX 3060

GeForce RTX 3060 Ti

GeForce RTX 3060 Ti GA103

GeForce RTX 3070

GeForce RTX 3070 Ti

GeForce RTX 3080

GeForce RTX 3080 Ti

GeForce RTX 3090

GeForce RTX 3090 Ti

40 серия

GeForce RTX 4080 12 ГБ (AD104)

GeForce RTX 4080 16 ГБ (AD103)

GeForce RTX 4090

Карты Titan

Nvidia Titan RTX

Карты Qudro

NVIDIAQuadro RTX A4000

NVIDIA Quadro RTX A5000

NVIDIA Quadro RTX A6000

Что такое трассировка лучей (Ray tracing)

Трассиро́вка луче́й (англ. Raytracing; рейтре́йсинг) — один из методов геометрической оптики — исследование оптических систем путём отслеживания взаимодействия отдельных лучей с поверхностями. В узком смысле — технология построения изображения трёхмерных моделей в компьютерных программах, при которых отслеживается обратная траектория распространения луча (от экрана к источнику).

Трассировка лучей в компьютерных играх — это решение для создания реалистичного освещения, отражений и теней, обеспечивающее более высокий уровень реализма по сравнению с традиционными способами рендеринга. Turing от Nvidia стала первой архитектурой (лето 2018), позволяющей проводить трассировку лучей в реальном времени на GPU.^[1] Другие области применения трассировки лучей — это аурализация и высокочастотные технологии.

Происхождение и значение

До того, как была разработана трассировка лучей, молодая область трехмерной компьютерной графики, по существу, состояла из серии «программных приёмов», имитирующих затенение освещённых объектов. Трассировка лучей была первым алгоритмом в этой области, имевшим физический смысл.

Первое изображение с трассировкой лучей было отображено на экране, подобном осциллографу, в Университете Мэриленда в 1963 году. ^[2] В качестве разработчиков алгоритма трассировки лучей часто упоминают Артура Аппеля, Роберта Голдштейна и Роджера Нагеля, опубликовавших в конце 1960-х годов алгоритм. Другими исследователями, которые в то время занимались методами трассировки лучей, были Херб Стейнберг, Марти Коэн и Юджин Трубецкой. ^[6] Трассировка лучей основана на геометрической оптике, где под светом понимается группа лучей. Методы, используемые при трассировке лучей, использовались гораздо раньше, в том числе производителями оптических систем. Сегодня многие средства визуализации (компьютерные программы для создания изображений из 3D-сцен) используют трассировку лучей, возможно, в сочетании с другими процессами.

Простые формы трассировки лучей рассчитывают только прямое освещение, то есть свет, поступающий непосредственно от источников света. Однако трассировка лучей значительно расширилась в несколько раз с тех пор, как впервые была использована в компьютерной графике. Более развитые формы также учитывают непрямой свет, отражённый от других объектов; затем говорят о методе глобального освещения.

Термин Raycasting в основном описывает упрощенную форму трассировки лучей, но иногда также используется как синоним.

Достоинства и недостатки текущих реализаций метода

Достоинства

возможность рендеринга гладких объектов без аппроксимации их полигональными поверхностями (например, треугольниками);

вычислительная сложность метода слабо зависит от сложности сцены;

высокая алгоритмическая распараллеливаемость вычислений — можно параллельно и независимо трассировать два и более лучей, разделять участки (зоны экрана) для трассирования на разных узлах кластера и т.д;

отсечение невидимых поверхностей, перспектива и корректное изменения поля зрения являются логическим следствием алгоритма.

Недостатки

Серьёзным недостатком метода обратного трассирования является производительность. Метод растеризации и сканирования строк использует когерентность данных, чтобы распределить вычисления между пикселями. В то время как метод трассирования лучей каждый раз начинает процесс определения цвета пикселя заново, рассматривая каждый луч наблюдения в отдельности. Впрочем, это разделение влечёт появление некоторых других преимуществ, таких как возможность трассировать больше лучей, чем предполагалось для устранения контурных неровностей в определённых местах модели. Также это регулирует отражение лучей и эффекты преломления, и в целом — степень фотореалистичности изображения.

Ссылки на источники

1. https://ru.wikipedia.org/wiki/Nvidia_RTX#Разработка

2.https://overclockers.ru/blog/cosplay/show/23694/kratkaja-istorija- kompanii-nvidia-v-videokartah-geforce-serij-gt-gtx-i-rtx

3. https://ru.wikipedia.org/wiki/Трассировка_лучей

Код для цитирования: Скопировать