NVIDIA研究人员展示新的光线跟踪算法

作为SIGGRAPH 2020的一部分，NVIDIA的研究人员(与达特茅斯学院的视觉计算实验室合作)最近发布了一篇论文，展示了ReSTIR，这是一种新的光线跟踪算法，能够实时渲染来自数百万光源的动态直接照明和阴影。

在描述ReSTIR光线跟踪算法时，论文作者之一、刚刚获得2020年NVIDIA研究生奖学金的达特茅斯博士生贝内迪克特·比特利(Benedikt Bitterli)表示：

我们的关键洞察力是重用来自空间和时间相邻像素的信息，以告知要跟踪哪些光线。这个想法类似于现代的后处理去噪和抗锯齿，但是在去噪直接过滤像素颜色的同时，我们过滤概率来帮助引导光线减少未来的噪声。

这将给内容创作带来翻天覆地的变化。这项研究让我们可以直观地照亮场景，放置任意数量的发射物体来投射动态阴影，而照明在渲染器中“就行了”。

ReSTIR重复对一组候选灯光采样进行重采样，并应用进一步的空间和时间重采样来利用来自相关附近采样的信息。

在下面嵌入的令人印象深刻的视频演示中，这种光线跟踪算法设法做到了所有这些，同时每个像素最多跟踪8条光线，在每帧不到50ms的时间内渲染包含多达340万个动态和发射三角形的场景。使用的图形处理器是GeForce RTX 2080Ti，但游乐园场景除外，根据研究人员的说法，这一场景对内存的要求更高，因此需要使用Titan RTX显卡。

总体而言，当使用无偏估计器时，该方法比以前的现有技术方法(例如，Moreau等人的动态多光采样用于实时光线跟踪，2019年)快6-60倍，当使用有偏估计器时，该方法快35-65倍(这以牺牲一些图像暗化和能量损失为代价进一步降低噪声)。根据研究人员的说法，另一个主要问题是，一旦渲染完成，去噪和过滤就不必局限于后处理，因为使用ReSTIR光线跟踪算法，去噪是核心渲染器的一部分，过滤处理PDF(概率密度函数)而不是颜色。

与大多数科学研究一样，ReSTIR可能还没有准备好进入黄金时间。事实上，研究人员自己也指出了他们的方法在试图将直接照明(或全局照明)从屏幕空间扩展到世界空间时遇到的一些当前限制，尽管他们也指出了这个问题的潜在解决方案，如路径空间散列。

尽管如此，这仍然是光线跟踪将继续存在的更多证据。如果像RTX 2080Ti和Titan RTX这样的当前一代基于图灵的GPU已经可以实时渲染数百万个动态灯光，那么对于即将推出的下一代基于安培的GPU来说，这项任务应该会容易得多，据说它们在这一特定领域的速度会呈指数级增长。鉴于预计将在9月份推出，我们很快就会知道更多细节。