OptiX ( nVidia OptiX ) — графический движок для визуализации методом трассировки лучей c использованием технологии CUDA компании nVidia . Трассировка лучей может быть использована как метод анализа и исследования геометрических систем при помощи вычисления распространения волн или частиц.

Описание

Общее описание

Движок nVIDIA OptiX является частью набора модулей для разработчиков в который, кроме OptiX, включены ещё такие модули как и . Все они интегрируется в сторонние приложения .

nVidia OptiX является программным средством, реализующим рендеринг методом трассировки лучей (рэйтрейсинга) в режиме реального времени при помощи графических процессоров ( англ. GPU ) производства nVidia. OptiX использует технологию CUDA для выполнения вычислений на графических процессорах. Хотя основной особенностью OptiX является рендеринг при помощи трассировки лучей, также поддерживается классическая растеризация . Таким образом, OptiX является гибридным рендерером. Несмотря на то, что OptiX — графический движок, он может использоваться в неграфических вычислениях. Область использования OptiX — все вычислительно интенсивные задачи, к которым можно применить трассировку лучей (здесь под «трассировкой лучей» понимается не трассировка лучей применительно к компьютерной графике, а трассировка лучей как метод анализа и исследования геометрических систем при помощи вычисления распространения волн или частиц, см. ( англ. )) .

OptiX предоставляет программируемый конвейер рэйтрейсинга с использованием языка программирования С , с наложенными на него ограничениями. OptiX позиционируется разработчиками как очень гибкий движок, который можно детально настраивать и адаптировать к конкретным задачам. Пользователи OptiX, — разработчики приложений, — могут ускорить те задачи по трассировке лучей, которые им нужны. Гибкость OptiX начинается в абстракции исполнения и заканчивается на отдельных лучах, что значительно упрощает расчёты для одного луча в одну единицу времени. Данные, которые несёт и собирает луч, полностью настраиваемые. Данные, поступающие на OptiX, также программируемые, что позволяет использовать программируемые шейдеры для новых методик, программируемые пересечения для процедурных типов поверхностей, и программируемые виртуальные камеры для потенциала при композитинге .

OptiX содержит такие критически важные для него функции, как параллелизм (как внутри графического процессора, так и между графическим и центральным процессором ), использования таких структур данных, как k-мерные деревья и ( англ. ), а также разные обходные алгоритмы. Использование мощностей графического процессора контролируется через встроенный в OptiX модуль по балансировке нагрузки. В связи с тем, что OptiX является гибридным рендерером, он обеспечивает поддержку графических API типа OpenGL , что позволяет комбинировать рэйтрейсинговые и растеризационные методики рендеринга для дополнительной гибкости .

Системные требования

OptiX первой версии требует наличия профессиональных видеокарт семейства nVidia Quadro FX или nVidia Tesla . OptiX второй версии имеет поддержку архитектуры nVidia Fermi , поэтому способен выполняться на видеокартах, в которых установлен графический процессор GF100. Причём поддерживаются не только профессиональные видеокарты, но и пользовательские модели GeForce, такие как GeForce 480 и GeForce 470. Ещё одним нововведением OptiX 2 стала поддержка пользовательских видеокарт серии GeForce 200 (GT200) . Однако при использовании серии GT200 нужна видеокарта GeForce GTX 260 и мощнее .

Полный список графических процессоров, видеокарты с использованием которых поддерживаются движком OptiX 2 :

• Профессиональные видеокарты:
  • Линейка Quadro FX : Quadro FX 5800, Quadro FX 4800, Quadro FX 3800, Quadro CX
  • Линейка : Quadro Plex 2200 D2, Quadro Plex 2200 S4
  • Линейка Nvidia Tesla : Tesla S1070, Tesla M1060, Tesla C1060, Tesla RS
  • Tesla C2050
• Пользовательские видеокарты:
  • Линейка GeForce 200 : GeForce GTX 260, GTX 260 Cre 216, GTX 275, GTX 280, GTX 285, GTX 295
  • Линейка GeForce 400 : GeForce GTX 480, GTX 470
  • Линейка GeForce 500
  • Линейка GeForce 600
  • Линейка GeForce 700
  • Линейка GeForce RTX : GeForce RTX 20xx, RTX 30xx, RTX 40xx

Кроме видеокарт с определёнными графическими процессорами, требуется x86 -совместимый центральный процессор .

Для работы OptiX необходима версия v.190 графического драйвера NVIDIA Unified Graphics Driver или более поздняя. Для GT200 требуется CUDA Toolkit версии 2.3 и выше, а для GF100 — CUDA Toolkit 3.0 и выше. Также требуется C/C++ компилятор: для Microsoft Windows — Visual Studio 2005 или Visual Studio 2008, а для Linux — gcc 4.2 или 4.3. Кроме этого, требуется кроссплатформенная система автоматизации сборки программного обеспечения из исходного кода CMake версии 2.6.3 или более поздней .

Движком OptiX поддерживаются как 32-битные операционные системы, так и 64-битные :

• Microsoft Windows ( Windows XP , Windows Vista , Windows 7 )
• Linux
• MacOS 10.5 (только 32-битная версия)

Интегрирован в ПО

• Blender имеет поддержку OptiX с версии 2.81
• Дополнение Blender от 4 июля 2020 на Wayback Machine использует OptiX для улучшения производительности шумоподавления на основе ИИ
• от 25 июня 2020 на Wayback Machine — рендерер на графическом процессоре реального времени использующий трассировку лучей и растеризацию базируется на Nvidia OptiX
• На SIGGRAPH 2011 Adobe показала OptiX в технодемо трассировки лучей на графическом процессоре для анимационного дизайна.
• На SIGGRAPH 2013 OptiX был представлен в инструменте предварительного просмотра освещения компании Pixar .
• OptiX был интегрирован в фреймворк вместе с PhysX и другими графическими движками и фреймворками на CUDA .
• Adobe After Effects CC
• имела интеграцию OptiX Prime Acceleration вместе с Iray, но поддержка была убрана в версии 4.12.1.8

Использование и примеры

OptiX может использоваться в множестве задач: создание фотореалистичных моделей, дизайн автомобилей, разработка музыкальных инструментов и оптических систем, расчеты ёмкости и исследования радиации, анализ соударений и во всех остальных, где может использоваться алгоритм трассировки лучей . OptiX может быть задействован в приложениях, использующих движок управления сценой , таких как , и .

nVidia поместила на своём официальном сайте ряд примеров, демонстрирующих работу OptiX" :

• Whitted ( рус. Уиттед ) — пример работы трассировки лучей, который разработал Тернер Уиттед ( англ. Turner Whitted ), демонстрирует преломления, отражения и прозрачность процедурной геометрии и материалов.
• Cook ( рус. Кук ) — пример работы трассировки лучей, который разработал Роб Кук ( англ. Rob Cook ), демонстрирует глянцевые отражения, Depth Of Field и объектный Motion Blur .
• Julia ( рус. Жюлиа ) — данный пример демонстрирует множество Жюлиа , которое представлено фракталом , размещённым над сценой, которая полностью процедурно сгенерирована. Фрактал постоянно деформируется во времени. Для сцены и фрактала производится пересечение луча и фрактала и вычисление ambient occlusion в реальном времени.
• Glass — данный пример демонстрирует реалистичное стекло с большим количеством преломлений и отражений.
• Whirligig ( рус. Юла ) — на этом примере непрерывная анимация юлы демонстрирует скорость обновления трансформаций объекта и свойства материалов вместе с генерацией отражений и отбрасыванием теней.
• Ambient Occlusion — данный пример показывает непрерывный расчёт глобального освещения с использованием метода Ambient Occlusion . Данная демонстрация позволяет пользователю загружать в неё свои собственные OBJ -файлы с трёхмерными геометрическими моделями.

История

Впервые об OptiX было объявлено 6 августа на международной ежегодной конференции SIGGRAPH 2009, которая проходила с 3 по 7 августа включительно в Новом Орлеане . На SIGGRAPH 2009 было объявлено название движка, его основная функциональность, нацеленность на определённые задачи, основные особенности и т. д. Джефф Браун, главный менеджер отдела профессиональных решений nVidia, так прокомментировал анонс OptiX: «Мир расчетов переместился от вычислений только лишь на процессоре к уравновешенной совместной обработке на CPU и GPU. Движки ускорения приложений от nVidia вооружают разработчиков инструментами, в которых они нуждаются для осуществления дальнейшего коренного изменения, как в области графики в реальном времени, так и сложного анализа данных». , основатель и президент аналитического дома , во время анонса заявил, что «за один год nVidia смогла перейти от слов о том, что интерактивная визуализация методом трассировки лучей возможна, к созданию этой возможности для всех» .

До данного анонса OptiX программное средство nVidia по реализации трассировки лучей в реальном времени называлось NVIRT (Nvidia Interactive Raytracer) .

Кроме OptiX, на SIGGRAPH 2009 были анонсированы , и 64-битная версия PhysX . Было заявлено, что OptiX будет доступен осенью 2009 года и будет работать на профессиональных графических картах (видеокартах) nVidia Quadro .

В конце августа 2009 года nVidia разместила на своём сайте примеры использования движка OptiX. Было опубликовано три примера: Whitted (демонстрация преломлений, отражений и прозрачных объектов), Cook (демонстрация Depth Of Field и Motion Blur ) и Julia (процедурные объекты и расчёт Ambient Occlusion ) .

5 ноября 2009 года, как и было обещано на SIGGRAPH 2009, nVidia выпустила OptiX. OptiX был выложен в открытый доступ в виде OptiX SDK . Вместе с выпуском было объявлено, что движок работает на профессиональных видеокартах серий Quadro FX и nVidia Tesla , а также на серии пользовательских видеокарт GeForce 200 .

22 января 2010 года nVidia выпустила первую бета-версию OptiX 2, основной особенностью которой является её переработка под архитектуру графических процессоров nVidia Fermi . Также в этой версии присутствует возможность работы движка не только на профессиональных видеокартах Quadro и Tesla, но и на пользовательских видеокартах GeForce .

13 марта 2010 года была выпущена третья бета-версия OptiX 2, которая добавила предварительную поддержку первых видеокарт на базе Fermi и взаимодействие на уровне текстур и буферов с Direct3D .

29 июля 2010 года nVidia представила новые профессиональные графические процессоры и видеокарты линейки Quadro , основанные на базе архитектуры Fermi . Особенностью данных видеокарт является расширенная поддержка движков ускорения приложений ( англ. Application Acceleration Engine — AXE ), одним из которых является OptiX. Было заявлено, что графический процессор Quadro 6000 увеличит производительность в AXE до пяти раз по сравнению с моделями предыдущего поколения данной линейки. «Quadro является выбором профессионалов № 1 во всем мире уже более десяти лет. Мы также построили движки, такие как AXE, чтобы стимулировать создание приложений нового поколения», — сказал Джефф Браун ( англ. Jeff Brown ), директор по профессиональным решениям в nVidia, по поводу данного анонса . В этот же день в рамках SIGGRAPH 2010 был анонсирован выпуск новых версий движков ускорения приложений. Была выпущена стабильная версия OptiX 2, которая, по сравнению с предыдущими, была оптимизирована для выполнения на новых графических процессорах Quadro, а также получила поддержку Direct3D и возможность быстрой работы в Direct3D и OpenGL для гибкого композитинга и гибридного рендеринга . Кроме этого, на SIGGRAPH 2010 сотрудниками nVidia была проведена презентация «OptiX: A General Purpose Ray Tracing Engine» в рамках сеанса «GPU rendering» .

Примечания

Ссылки

• (рус.) . Официальный сайт nVidia (русскоязычная версия сайта). — Главная страница OptiX и его краткое описание. Дата обращения: 15 мая 2010. 25 апреля 2012 года.
• (англ.) . Официальный сайт nVidia — подраздел разработчиков (19 января 2010). — Главная страница OptiX на подразделе разработчиков и его детальное описание. Дата обращения: 15 мая 2010. 25 апреля 2012 года.