Nvidia: Neue Raytracing-Methode ermöglicht Millionen dynamischer Lichtquellen in Echtzeitberechnung
von Norman Wittkopf - Mit dem neuen Raytracing-Algorithmus "ReSTIR" aus dem Umfeld von Nvidia-Entwicklern soll die Berechnung von Millionen dynamischer Lichtquellen in Echtzeit überaus deutlich beschleunigt und damit erst praktikabel werden.
In Zusammenarbeit mit dem Visual Computing Lab des US-amerikanischen Dartmouth College haben Nvidia-Entwickler kürzlich eine Facharbeit veröffentlicht, in der "ReSTIR" vorgestellt wird (Spatiotemporal Importance Resampling for Many-Light Ray Tracing). Dabei handelt es sich um einen neuen Raytracing-Algorithmus, der in der Lage ist, dynamische direkte Beleuchtung und Schatten von Millionen von Lichtquellen in Echtzeit zu rendern.
Benedikt Bitterli, einer der Autoren der Arbeit und ein Doktorand aus Dartmouth, der gerade ein Nvidia-Absolventenstipendium für 2020 erhalten hat, beschreibt den ReSTIR-Raytracing-Algorithmus wie folgt: "Unsere wichtigste Erkenntnis war die Wiederverwendung von Informationen aus räumlich und zeitlich benachbarten Pixeln, um zu erfahren, welche Strahlen verfolgt werden müssen. Diese Idee ähnelt dem modernen Post-Processing-Entrauschen und Antialiasing, aber während das Entrauschen die Pixelfarben direkt filtert, filtern wir die Wahrscheinlichkeiten, um die Strahlen zur Reduzierung des zukünftigen Rauschens zu lenken."
Nvidias CGI Creative Director Kevin Margo fügte derweil hinzu: "Dies wird eine grundlegende Veränderung für die Erstellung von Inhalten mit sich bringen. Dank dieser Forschung können wir Szenen intuitiv beleuchten, indem wir eine beliebige Anzahl von emittierenden Objekten platzieren, die dynamische Schatten werfen, und die Beleuchtung 'funktioniert' einfach im Renderer."
Das bringt Raytracing mit "ReSTIR"
ReSTIR tastet wiederholt einen Satz von Lichtprobenkandidaten neu ab und wendet weitere räumliche und zeitliche Neuabtastung an, um Informationen aus relevanten Proben in der Nähe zu nutzen. In der untenstehenden Videodemonstration setzt der Raytracing-Algorithmus dies um, während er höchstens 8 Strahlen pro Pixel verfolgt und Szenen mit bis zu 3,4 Millionen dynamischen und emittierenden Dreiecken in weniger als 50 Millisekunde pro Frame rendert.
Die verwendete GPU war dabei eine Geforce RTX 2080Ti, mit Ausnahme der Vergnügungspark-Szene, die laut den Forschern einen höheren Speicherbedarf hatte und daher stattdessen eine Titan RTX verwendet werden musste. Insgesamt sei dieser Ansatz 6 bis 60 Mal schneller als die bisherigen Methoden nach dem derzeitigen Stand der Technik (wie Dynamic Many-Light Sampling for Real-Time Raytracing von Moreau et al., 2019) bei Verwendung eines unverzerrten Schätzwerts und 35 bis 65 Mal schneller bei Verwendung eines verzerrten Schätzwerts (der das Rauschen auf Kosten einer gewissen Bildverdunkelung und eines Energieverlusts weiter reduziert).
Ein weiterer wichtiger Pluspunkt ist nach Ansicht der Forscher, dass Rauschunterdrückung und Filterung nicht auf die Nachbearbeitung nach dem Rendern beschränkt werden müssen, da beim ReSTIR-Raytracing-Algorithmus die Rauschunterdrückung Teil des Kernrenderers ist und die Filterung die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion anstelle von Farben behandelt.
Der Produktiveinsatz des neuen Algorithmus könnte dabei noch in der Ferne liegen, da es noch einige Einschränkungen gibt, wie etwa bei dem Versuch die direkte Beleuchtung (oder Global Illumination) vom Bildschirmbereich auf den gesamten Weltbereich auszudehnen. Dabei gebe es aber mögliche Lösungen für dieses Problem, wie etwa das Path Space Hashing. Umfänglich vorgestellt werden soll die neue Methode auch im Rahmen der Grafikmesse SIGGRAPH 2020, die in diesem Jahr virtuell abgehalten wird und derzeit auf Mitte Juli datiert ist.
Quelle: via wccftech.com
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