Transcript of Wann wird dynamisches Echtzeit- Raytracing für den Massenmarkt verfügbar? Alexander Stromer SS2012...
- Folie 1
- Wann wird dynamisches Echtzeit- Raytracing fr den Massenmarkt
verfgbar? Alexander Stromer SS2012 / 20.9.2012 / Universitt Trier
alexander@stromer.me
- Folie 2
- Quelle:
http://www.youtube.com/watch?v=bn_9_Zsjuwchttp://www.youtube.com/watch?v=bn_9_Zsjuwc
20.9.2012
- Folie 3
- Zentralprojektion Heute bliches Verfahren in Grafikkarten
20.9.20123 / 35
- Folie 4
- Ray Tracing Rendering-Algorithmus fr 3D-Szenen Lichtstrahl
nachempfunden 20.9.20124 / 35
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- Verfahrensablauf Algorithmus 1. Erzeuge Strahl von Bildebene
(Pixel) 2. Suche nhestes Objekt auf Strahl 3. Farbe von Punkt
abspeichern 4. Erzeuge Refraktion-/Reflexionsstrahl -> gehe zu 2
Punkt 2 ineffizient -> Beschleunigungsstrukturen 20.9.20125 / 35
Beschleunigungsstrukturen Lesegeschwindigkeit
Schreibgeschwindigkeit
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- Gngige Beschleunigungsstrukturen kd-Baum Bounding Volume
Hierarchies 20.9.2012 Quelle:
http://en.wikipedia.org/wiki/Bounding_volume_hierarchyhttp://en.wikipedia.org/wiki/Bounding_volume_hierarchy
Quelle:
http://de.wikipedia.org/wiki/K-d-Baumhttp://de.wikipedia.org/wiki/K-d-Baum
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- Evolution - Verdeckungsberechnung 20.9.2012 Quelle:
http://de.wikipedia.org/wiki/Raytracinghttp://de.wikipedia.org/wiki/Raytracing
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- Evolution - Schattenberechnung 20.9.2012 Quelle:
http://de.wikipedia.org/wiki/Raytracinghttp://de.wikipedia.org/wiki/Raytracing
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- Evolution - Rekursiv 20.9.2012 Quelle:
http://de.wikipedia.org/wiki/Raytracinghttp://de.wikipedia.org/wiki/Raytracing
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- Evolution Diffus / Distributed 20.9.2012 Quelle:
http://de.wikipedia.org/wiki/Raytracinghttp://de.wikipedia.org/wiki/Raytracing
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- Evolution - Path Tracing 20.9.2012 Quelle:
http://de.wikipedia.org/wiki/Raytracinghttp://de.wikipedia.org/wiki/Raytracing
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- Ray Tracing vs. Zentralprojektion (CONTRA Ray Tracing) Ray
Tracing Zentralprojektion Berechnungsintensiv 3D-Modell-nderungen
verringern Effizienz Schnelle Berechnung 3D-Modell-nderungen haben
geringe Auswirkung 3D-Grafikkarten bereits optimiert 20.9.201212 /
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- Ray Tracing vs. Zentralprojektion (PRO Ray Tracing) Ray Tracing
Zentralprojektion Anzahl der Objekte des 3D-Modells nicht relevant
Realistische Darstellung Einfacher Algorithmus Hchst
parallelisierbare Berechnungen Komplexitt der Szene wchst mit
Anzahl der Objekte im 3D-Modell Viele Workarounds notwendig um
Realismus zu imitieren Teilweise Parallelisierbarkeit 20.9.201213 /
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- 2. Aktueller Stand Quelle:
http://www.vray.com/vray_for_maya/gallery/index.shtmlhttp://www.vray.com/vray_for_maya/gallery/index.shtml
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- Technische Umsetzung Mit existierender Hardware Software auf
CPU (Intel-MIC / Daniel Pohl) Software auf GPU (nVidia Optix /
Andreas Dietrich) Software auf anderen Prozessoren (Cell) Mit neuer
Hardware (RPU/SaarCOR, Uni Saarbrcken) 20.9.201215 / 35
- Folie 16
- Standardszene - Conference Statische Szene 282k Dreiecke bliche
Referenz Diffuses Rendering 2009 Intel MIC (24 cores) ->
36MRays/s -> 360x354@17fps 20.9.2012 Quelle:
http://www.youtube.com/watch?v=yvCVD3xtvTghttp://www.youtube.com/watch?v=yvCVD3xtvTg
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- Effizienz fr Conference-Szene TechnikMega Rays/s 1024 Pixel x
1024 Pixel x 10 rays per pixel @ 25 fps~260 HD1080: 1920 x 1080 x
20 @ 60~2500 CPU [JS2004]~1,6 CPU (qwrt, non-std) [DP2009]~46 CPU
(wolfrt, non-std) [DP2012]~26 GPU [AL2009]~142 GPU [SP2010]~193
Cell [HF2006]~240 SaarCOR / RPU [SW2006]~3,2 / ~1 20.9.201217 /
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- 3. Herausforderungen Quelle:
http://www.vray.com/vray_for_rhino/gallery/index.shtmlhttp://www.vray.com/vray_for_rhino/gallery/index.shtml
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- Beschleunigungsstruktur Gut fr statische Szenen Neuberechnung
hinderlich fr bewegende Szenen Eigenes Forschungsgebiet Momentane
Vorstorichtung: Hierarchie-Bume (BVH) 20.9.201219 / 35
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- Diffuses Raytracing Etablierte Methode fr weiche Schatten
Bentigt 10-20 Rays pro Pixel Keine Forschung 20.9.201220 / 35
- Folie 21
- Hardwaretransition 1/3 Vernderte Grafikpipeline notwendig
20.9.2012 Quelle:
http://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=15051http://www.microsoft.com/en-us/download/details.aspx?id=15051
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- Hardwaretransition 2/3 GPU vs CPU - Rennen GPU Shader mssen
verwaltbarer werden (mehr Flexibilitt) Dualpurpose-Pipeline
(Raytracing, Zentralprojektion) Sinnvoller in der Umsetzung
(Aufwand der Grafik -> GPU als Grafikeinheit des PCs) CPU mehr
Cores notwendig Cores fr Grafik oder Cores fr Gameloop? 20.9.201222
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- Hardwaretransition 3/3 Intel, AMD/ATI, Nvidia arbeiten bereits
daran Paradigmenwechsel schon bei Programmierung(OpenRT) ohne
Massenmarkt zu verlieren! -> Industriestandard notwendig
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- Kosten - Nutzen Rechenmehraufwand Umstellung Hardware
(Herstellerseite) Umstellung neue Schnittstelle (OpenRT o..)
Umstellungsperiode (Untersttzung bei Kunden garantieren) Viel
weniger Programmieraufwand Fokus auf andere Gebiete mglich
Realistische Darstellung (keine Approximationen mehr) Zukunftsfhige
Lsung 20.9.201224 / 35
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- 4. Zukunft Quelle:
http://www.templates.com/blog/rush-energy-3d-car-concepts/http://www.templates.com/blog/rush-energy-3d-car-concepts/
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- Allgemein Hinweise - Papers 20.9.201226 / 35 Realtime ray
tracing can become a viable alternative graphics technology if it
can be offered within a single desktop computer Jrg Schmittler et
al [JS2004].. given the lead times in game and hardware
development, it seems that the time may be right to explore ray
tracing based games.. Heiko Friedrich et al [HF2006] With advances
in CPU hardware and increased availability of parallel machines..,
ray tracing has reached a stage where it is no longer limited to
only off-line rendering. Ingo Wald et al [IW2007]
- Folie 27
- Allgemein Hinweise - Industrie Intel, AMD/ATI, Nvidia arbeiten
bereits an Raytracing- Untersttzung Radiosity in Zentralprojektion
als Vorbote von Raytracing 20.9.201227 / 35 There are too many
things [about rasterization] that weve suffered with, especially
for shadows and environment mapping. We live with hacks that ray
tracing can let us do much better. John Carmack [JC2011]
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- Maximal sinnvolle Auflsung Auge: 120 MegaPixel (Stbchen) ->
z.B. 15000 x 8000 Pixel Bildschirm Raytracing: 120 MP x 20 rays @
60 fps = 144 Giga Rays/s Spezifikation: WHUXGA = 7680 x 4800 P =
36MP 20.9.201228 / 35
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- Moores Law Gordon Moore 1965 / Intel Alle 2 Jahre ->
Verdopplung der Transistorzahl 20.9.2012 Quelle:
http://de.wikipedia.org/wiki/Mooresches_Gesetzhttp://de.wikipedia.org/wiki/Mooresches_Gesetz
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- Folie 30
- Moores Law in Raytracing 20.9.2012 Quelle: eigene Erstellung 30
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- Folie 31
- Fazit 1 Raytracing ist die langfristig sinnvolle Alternative
gegenber Zentralprojektion Zentralprojektion bleibt als
Approximation immer gnstiger, aber SW-Hersteller (Spielemarkt)
mssen sich zunehmend mit unntiger Programmierung konfrontieren
(-> Druck auf Wechsel) Spezielle HW wird sich etablieren
(Cell-hnlich) und so Leistung voll ausschpfen. 2025 erreicht diese
HW laut Moores Law die Reife fr Augen-Auflsung (120MP). 20.9.201231
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- Fazit 2 Schnelle Beschleunigungsstruktur-Updates sind lsbar
(insb. mit schnellerer HW) -> 2025 wahrscheinlicher Umstieg auf
Raytracing (eher frher wegen Realismus-Programmieraufwand durch
Hersteller) 20.9.201232 / 35
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- Weiterfhrende Information fr Interessierte Prsentation verfgbar
unter Website Prof. Sturm http://tamdhu.uni-trier.de/Asysob/
http://tamdhu.uni-trier.de/Asysob/ Exploring the Use of Ray Tracing
for Future Games 2006 - Heiko Friedrich et al OptiX: A General
Purpose Ray Tracing Engine Steven Parker et al 2010 - Nvidia Ray
Tracing Deformable Scenes Using Dynamic Bounding Volume Hierarchies
2007 - Ingo Wald et al SIGGRAPH 28.11.2012 20.9.201233 / 35
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- Referenzen 1 [JS2004] - Realtime Ray Tracing of Dynamic Scenes
on an FPGA Chip Schmittler et al [HF2006] - Exploring the Use of
Ray Tracing for Future Games Heiko Friedrich et al [SW2006] - RPU:
A Programmable Ray Processing Unit for Realtime Ray Tracing Sven
Woop et al [DP2009] Quake Wars gets ray traced - Intel [AL2009] -
Understanding the Efciency of Ray Traversal on GPUs Aila/Laine
Nvidia 20.9.201234 / 35
- Folie 35
- Referenzen 2 [IW2007] - State of the Art in Ray Tracing
Animated Scenes Ingo Wald et al [SP2010] - OptiX: A General Purpose
Ray Tracing Engine Steven Parker et al Nvidia [JC2011] -
www.pcper.com/reviews/editorial/John-
Carmack-Interview-gPu-Race-Intel-graphics-Ray-Tracing-
Voxels-and-more/www.pcper.com/reviews/editorial/John-
Carmack-Interview-gPu-Race-Intel-graphics-Ray-Tracing-
Voxels-and-more/ [DP2012] Experimental Cloud basedRay Tracing Intel
20.9.201235 / 35