實(shí)時(shí)路徑追蹤——D5渲染器全新實(shí)時(shí) GI 解決方案

D5 渲染器 2.10 版本引入了全新的實(shí)時(shí)全局照明解決方案：實(shí)時(shí)路徑追蹤（Real-time Path Tracing）?；?ReSTIR GI 的框架，使用路徑追蹤構(gòu)建光照緩存，讓實(shí)時(shí)全局照明進(jìn)一步逼近 Ground Truth（標(biāo)準(zhǔn)結(jié)果），提升了實(shí)時(shí)交互的真實(shí)性和沉浸感。

在本篇博客中，我們將深入探討實(shí)時(shí)路徑追蹤在D5渲染器2.10中的工作原理、技術(shù)優(yōu)勢(shì)、可調(diào)整參數(shù)以及最佳實(shí)踐。

1. 如何在D5 2.10 中開啟實(shí)時(shí)路徑追蹤？

此功能在 2.10 版本尚處于實(shí)驗(yàn)性階段，用戶需要手動(dòng)開啟實(shí)時(shí)路徑追蹤：

打開“菜單欄→偏好設(shè)置→渲染”；

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開啟“實(shí)時(shí)路徑追蹤”；

啟用此功能后，實(shí)時(shí)渲染視口會(huì)立即切換到實(shí)時(shí)路徑追蹤 GI 算法，可以觀察到實(shí)時(shí)渲染結(jié)果的改進(jìn)。

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2. 實(shí)時(shí)路徑追蹤功能簡介

開啟上述開關(guān)，意味著實(shí)時(shí)渲染視口、出圖、出視頻以及渲染隊(duì)列都會(huì)切換到實(shí)時(shí)路徑追蹤算法渲染。

實(shí)時(shí)路徑追蹤，還提供了少量的自定義渲染參數(shù)。點(diǎn)擊實(shí)時(shí)視窗右上角的“顯示”菜單，可以找到新增的渲染參數(shù)：

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自定義參數(shù)中的“GI 精度”、“反射深度”、“樣本數(shù)”會(huì)同時(shí)影響積累預(yù)覽、出圖和出視頻的畫面質(zhì)量。按下“積累”按鈕，畫面會(huì)進(jìn)入靜態(tài)模式，并且會(huì)根據(jù)用戶指定的參數(shù)持續(xù)積累，在實(shí)時(shí)視口中便可預(yù)覽到接近最終成果的品質(zhì)。

默認(rèn)情況下，自定義參數(shù)開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)，D5 渲染器默認(rèn)參數(shù)配置即可完成高質(zhì)量的圖片和視頻渲染。用戶也可以根據(jù)自己的需要，調(diào)節(jié)自定義參數(shù)，自行控制畫面質(zhì)量和渲染時(shí)間的平衡。

3. 實(shí)時(shí)路徑追蹤改進(jìn)詳解3.1 更準(zhǔn)確的 GI 緩存技術(shù)

實(shí)時(shí)路徑追蹤相較于“舊版 D5 GI”的主要改進(jìn)在于：在完整的渲染開始前，通過路徑追蹤計(jì)算光照并緩存，取代了舊版的緩存算法，提升了 GI 緩存的準(zhǔn)確度。除了漫反射間接照明有細(xì)節(jié)提升之外，一個(gè)顯著的特征是：材質(zhì)反射中的間接照明，也變得更加準(zhǔn)確了。

例如這個(gè)場景，室內(nèi)地面有一部分高反射金屬地板。在 2.9 版本 D5 GI 的預(yù)覽視窗中，地面無法準(zhǔn)確地呈現(xiàn)高反射物件的效果，表現(xiàn)為不準(zhǔn)確、偏黑的狀態(tài)。而在實(shí)時(shí)路徑追蹤 GI 的預(yù)覽視窗中，金屬地面的反射結(jié)果更為準(zhǔn)確。

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舊版 D5 GI 預(yù)覽畫面

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2.10 實(shí)時(shí)路徑追蹤預(yù)覽畫面

3.2 GI 反彈細(xì)節(jié)的優(yōu)化

除此之外，2.10 版本還優(yōu)化了 GI 算法的邏輯，不但能更有效率地采樣更重要的樣本，還強(qiáng)化了 GI 反彈的細(xì)節(jié)。例如墻面與地面銜接處，桌椅與地面的交接處，縫隙細(xì)節(jié)的光影，GI 更正確。

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3.3 自定義參數(shù)詳解

對(duì)于希望自行把控渲染時(shí)間和質(zhì)量平衡的用戶，實(shí)時(shí)路徑追蹤 GI 還開放了自定義參數(shù)。以下詳細(xì)介紹 GI 精度、反射深度、樣本數(shù)量這三個(gè)參數(shù)的用法。在當(dāng)前的實(shí)時(shí)路徑追蹤版本中，自定義參數(shù)是全局生效的，意味著這里的改動(dòng)會(huì)全局地影響積累、出圖、出視頻以及渲染隊(duì)列的渲染結(jié)果。

3.3.1 GI 精度

此參數(shù)分為三檔，影響 GI 反彈的計(jì)算質(zhì)量，GI 精度越低，積累的速度會(huì)越快；GI 精度越高，畫面的間接照明質(zhì)量會(huì)越好，這個(gè)參數(shù)還同時(shí)影響材質(zhì)反射中的 GI 表現(xiàn)，因此您會(huì)觀察到隨著 GI 精度的檔位提升，反射物體的亮度、質(zhì)量均有提升。

例如在這一個(gè)比較曲折極端的室內(nèi)空間中，自然光線需要多次反彈才能進(jìn)入內(nèi)部較深的空間。因此，精度為 3 的畫面比精度為 1 的畫面會(huì)更準(zhǔn)確更亮一些。

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大進(jìn)深空間中 GI 精度預(yù)覽對(duì)比

3.3.2 反射深度

控制高反射材質(zhì)互相反射的次數(shù)，此參數(shù)越高，高反射材質(zhì)的表現(xiàn)就越準(zhǔn)確。在示例場景中，高反射的地面上有一個(gè)同樣高反射的玩偶擺件，這是反射深度為 1 和反射深度為 3 的對(duì)比結(jié)果，我們可以清楚地看到，參數(shù)越高，所能體現(xiàn)的反射細(xì)節(jié)就越豐富。

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高反射材質(zhì)的不同反射深度對(duì)比

同時(shí)，在實(shí)時(shí)路徑追蹤模式下，我們可以在預(yù)覽窗口，直接預(yù)覽到正確的鏡面反射。所以，今后在一些特殊場景中，例如帶有鏡子的衛(wèi)生間，或者面對(duì)面的玻璃幕墻塔樓。就可以適當(dāng)調(diào)高反射深度參數(shù)，獲得更好的畫面效果。

鏡面場景中的不同反射深度對(duì)比

3.3.3 樣本數(shù)量

此參數(shù)控制每幅渲染畫面采樣積累的次數(shù)，推薦參數(shù)為 64-256，可手動(dòng)輸入最高 1024 的樣本數(shù)量。

此參數(shù)越高，畫面細(xì)節(jié)越準(zhǔn)確。在一些 GI 采樣困難的場景中，例如天窗非常小的室內(nèi)空間，較低的樣本數(shù)量會(huì)得到不準(zhǔn)確的結(jié)果，畫面可能會(huì)產(chǎn)生“涂抹感”，此時(shí)提高樣本數(shù)量可以顯著改善這個(gè)問題。

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在采樣困難場景中的不同樣本數(shù)量影響實(shí)時(shí)預(yù)覽畫面

需要注意的是，自定義參數(shù)同時(shí)影響出圖、出視頻的時(shí)間與質(zhì)量。大部分情況下，默認(rèn)參數(shù)已經(jīng)能很好地完成成果圖渲染任務(wù)。最高檔位的參數(shù)會(huì)顯著增加渲染時(shí)間，請(qǐng)務(wù)必根據(jù)自己的項(xiàng)目需要，確定合適的自定義參數(shù)組合。

● 簡約客廳場景 4K 圖片渲染時(shí)間對(duì)比

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● 寫實(shí)草地場景 4K圖片渲染時(shí)間對(duì)比

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*測(cè)試平臺(tái)：CPU 為 Intel 12600KF，顯卡為 NVIDIA GEforce RTX 3070Ti，內(nèi)存 32GB。

D5始終致力于推動(dòng)前沿技術(shù)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)光追效率與離線渲染質(zhì)量的極致平衡。在 D5 2.10 中推出的實(shí)時(shí)路徑追蹤方案，將助力設(shè)計(jì)師在沉浸式實(shí)時(shí)交互中，感受更高品質(zhì)的畫面輸出體驗(yàn)。