專業繪圖領域的進展:即時光線追蹤如何能避開現實生活中的「死光(Death Ray)」

作者 Greg Estes

建築物竟然會融化附近的車輛,這是一件很奇怪的事。

英國倫敦甫落成年餘的 20 Fenchurch Street 塔是一棟令人驚嘆的建築物,但是無變化的弧狀玻璃也讓這棟37層的高樓有了「對講機大樓 (The Walkie Talkie)」稱號,而且還造成了聚焦陽光的作用。

結果是:陽光聚焦形成的熱點熔化了附近一輛Jaguar XJ的一部分,煮熱了當地美髮店裡的洗髮水。甚至還可以煎蛋。

由於新一代的建築物採用前衛的電腦設計曲線玻璃帷幕,所以類似這種「死光 (death rays)」的問題越來越多。在過去,設計師和工程師很難預料這些曲線玻璃會如何反射或聚集光線,但是現在可以做到了。

在 NVIDIA 於矽谷舉行的年度「GPU 技術大會 (GPU Technology Conference)中,NVIDIA 利用 GPU 的強大力量,秀出這棟倫敦第五高的建築物究竟是如何獲得「摩天煎樓 (Fryscraper)」的稱號。


新一代建築物採用前衛的電腦設計曲線玻璃帷幕,帶來許多難以預料的挑戰。

Iray 出馬

渲染,這個程序是將數位模型轉化成螢幕上的影像,當然這不是新技術。光線追蹤,這項技術能追蹤光線在環境中與物體互動的方式,這也不算新。真正創新的部分是我們的 Iray 光線追蹤技術如何利用 GPU 的優勢,以即時方式渲染出細節更多的模型。(請參考 「NVIDIA 將物理基礎的互動式渲染帶進主流 (NVIDIA Brings Interactive, Physically-Based Rendering to the Mainstream)」。

創新的成果:與其依賴那些花上數小時才能製作出一張照片靜態圖像的技術,使用 Iray,設計師可以轉眼間在工作過程中就看到細節豐富的數位影像。而且他們可以看到光線和設計的長時間互動方式,像是太陽在一天和一年之間在天空不同位置所造成的影響,而不是只是看到一或兩個時刻的情況。

NVIDIA將這些工具以外掛程式的形式推出,讓最受歡迎的設計應用軟體都能具有這項功能,讓每一位設計師都能使用得到。不僅節省大量時間,還能避掉許多麻煩。

避開致命的死光

事實上,我們發現 Walkie Talkie 的強烈陽光效應可能更糟。只要改變這棟大樓的一或兩處曲線,它甚至可能產生足以融化鉛的光線。

這個強大模擬所採用的是我們在去年 GPU 技術大會上首度展示的技術。我們和 Honda一起展出史上第一個全車的互動式視覺化模擬。

我們的展示不只是旋轉一個數位原型,我們展示如何將車輛分割,一層一層地去看車輛的內部,往下觀察 Accord 車款的電線和座位彈簧等。

這樣的技術保證能讓你解決許多常見的設計問題,還能解決那些不是那麼普通的問題。

建構光線模型的挑戰


我們的 Iray 技術能以前所未見的方式建構光線模型。

以 20 Fenchurch 為例,它的玻璃曲線會創造出一個熱點,溫度幾乎達到華氏 200 度。另一個例子是座落在拉斯維加斯大道 (Las Vegas Strip)的Vdara Hotel,它的凹面玻璃帷幕 會讓游泳池產生足以熔化塑膠的溫度。或是洛杉磯的奢華迪士尼音樂廳(Walt Disney Concert Hall),它讓附近的公寓溫度上升,迫使居民必須加裝遮蓋物和開冷氣。

這些都不是瘋狂科學家或 007 電影裡邪惡反派的傑作。這些建築物是由建築師和工程師創造出來的,他們缺少預測工具,導致他們無法預測他們的設計將如何與周遭世界互動。

在過去,光線反射模型的建構是一個曠日廢時的程序,所以通常會保留至設計快要完成時才會進行。設計師以特定的光線條件建構模型,然而這些充其量只是照片,不是模擬。

推出 Quadro M6000 專業顯卡

全新的Iray 2015 渲染技術改變了這個局面。當設計團隊調整他們的模型時,Iray 2015 與我們新推出,全世界最強的 GPU-Quadro M6000 專業顯卡的搭配下,能夠針對光線在場景中的反射方式建構出模型。

而且不用等上幾個小時才能製作出準備呈現給客戶的逼真影像,設計師只要多安裝幾個GPU就能即時製作出更高解析度的模型。

利用我們新近升級的 Quadro 視覺運算裝置(VCA)中8顆 Quadro M6000 GPU,所能達到的互動擬真程度相當驚人。

將我們的 VCA 放在數據中心裡,如此一來,設計團隊只要有需要,就能在任何時間、任何地方召喚出渲染能力。每一項 NVIDIA Iray 產品都能夠從執行 Iray 伺服器軟體的機器串流渲染能力。

相同的工具,新的規則

此項技術全部都能和設計師既有的工具一起使用。我們正在針對最受歡迎的3D創作應用軟體,包括Autodesk’s 3ds MaxMaya 以及RevitMcNeel Rhinoceros 和 Maxon Cinema 4D等提供外掛程式,希望能讓這些應用軟體的數百萬用戶都能享有Iray的好處。

隨著新一代原型建構工具的問世,設計師和工程師不再需要建構詳細的實體模型,或是製作渲染物件的影片。取而代之的,設計師能即時看到他們的成果。

這可以省下數個月,或數年的時間。甚至還可以拯救一些 Jaguar 免受下一棟「摩天煎樓 (Fryscraper)」的毒手。