体素光线投射渲染技术深度探析

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GPU的计算能力、可编程能力和内存存取能力越来越强大，这使得一些特别的渲染技术得以在透过GPU实现。Voxel八分树光线投射将是未来游戏中戏剧性增加几何体复杂度中更具可行性的技术之一。在目前，这个技术已经快要从纸面变为现实，Crytek公司推出的新游戏Crysis 2所采用的CryEngin 3游戏引擎就具备相应技术的实现能力。

在这项技术所面对的各种未解制约因素当中，具决定性的制约因素就是图形艺术家所必须使用的编辑工具。id Software的约翰·欧力克预期这将由目前创作用于增强纹理细节度Megatextures系统演变，这个系统不再是透过使用修改法线的操作来改变几何体形状和细节，而是允许直接对几何体进行搓捏雕琢。在2008年的Siggraph上，约翰·欧力克表示花在工具上的时间大概是1年，然后运行库花了大约3个月时间。

在性能目标上，约翰·欧力克在2008年的时候认为下一代游戏机平台将至少可以达到4倍于GeForce 8800系列的性能，在维持当前几何体复杂度下，有望实现1080p、60fps的性能水平。“下一代游戏机”显然不会在今年上市，而顶级PC硬件通常可以在同样的特效设定下以同样的帧率比同期的游戏机平台跑高一级的分辨率，我们可以预期当下一代游戏机出来的时候，主流PC平台应该能胜任 Voxel光线投射游戏。

MC特约评论员 邓培智（NVIDIA中国区技术市场经理）

Voxel(体素或者体积单元)图像技术实际上已经出现了很多年，而且在诸如地震数据以及CT/MR这样的医疗成像等方面有很多应用。由Voxel构成图像简单可以认为是一个3D的图像，不仅在一个面上，而在一个体积中包含有图像数据。实际上，体积图像才是能够真正真实表达客观世界的一种方式，因为构成我们世界的元素并不是空心的。不过，体积图像的数据量巨大，一个1024×1024×1024的小小图像就包含有1G个体素，这也是为什么过去体积图像主要在专业的领域有应用的重要原因之一。对于消费级的游戏中，Voxel也是被Nocalogic尝试性地使用过一下。但是，在那个时候，由于GPU不能处理这种新的渲染方式，而CPU的能力不足，其达到的效果难以和传统的有硬件加速的多边形光栅化的方式竞争，所以几乎是昙花一现就消失掉了。不过，新一代的GPU由于具备了接近传统CPU的可编程性，而且在计算能力和带宽方面有迅速的提升，使得硬件加速的Voxel图像处理成为可能。光线追踪的情况也和这个类似。因此新一代具备通用计算能力的GPU的出现可能会给图形技术的发展带来新一轮的大跃进，我们相信在未来几年内就可以看见大量的采用Voxel或者RT这样技术的游戏大量出现，其影响可能和20年前主流3D加速技术的出现带来的影响可以相提并论。