DEVELOP3D - будущее движка трехмерной графики?

  1. Упрощение лучей
  2. Получение контроля над Vulkan
  3. Открыт для бизнеса
  4. Проложить путь к VR
  5. Заключение

Графические движки для САПР сильно изменились за эти годы. Модели могут быть отображены в режиме реального времени, затенены краями или визуализированы с использованием реалистичных материалов, источников света и теней с использованием графического API OpenGL. Эффекты могут быть впечатляющими, но если вам нужен фотореализм, вам нужно отключить модель и использовать специальный рендерер трассировки лучей. И это может занять минуты или часы, чтобы доставить одно статическое изображение.

AMD Графическое подразделение Radeon Pro планирует изменить это с помощью новой технологии гибридного видового экрана, которую она предлагает бесплатно разработчикам САПР и другого 3D-программного обеспечения.

Технология нацелена на два направления. Во-первых, он предназначен для рендеринга моделей в режиме реального времени внутри окна просмотра, что AMD описывает как «близкий к фотореалистичному стилю». «Просмотр вашего дизайна в режиме реального времени позволяет вам принимать решения в режиме реального времени», - объясняет Марти Джонсон из AMD, директор по управлению отношениями с независимыми разработчиками программного обеспечения, разработчик программ.

Во-вторых, он может значительно повысить производительность 3D-графики во всех режимах отображения, что означает, что пользователи могут получить больше от своего графического оборудования, а также могут работать с гораздо более сложными 3D-моделями.

Для этого AMD использовала две разные технологии: Vulkan, низкоуровневый графический API от тех же разработчиков, которые разрабатывают OpenGL, и Radeon Rays, программное обеспечение для трассировки лучей с GPU-ускорением, которое лежит в основе физического рендерера AMD, Radeon ProRender. Разработчики программного обеспечения могут выбрать для реализации обе технологии или любую из них самостоятельно.

Упрощение лучей

Трассировка лучей требует огромных вычислительных мощностей, и мы по-прежнему далеки от того, чтобы обеспечить высочайшее качество результатов в реальном времени с использованием основного оборудования. Это означает, что AMD пришлось принять несколько коротких путей при разработке гибридной технологии просмотра.

Вместо того чтобы точно моделировать свет и позволять ему отражаться от тысяч поверхностей для создания идеального изображения, технология AMD делает некоторые приближения, как объясняет Джонсон. «Мы используем трассировку лучей оптимизированным способом», - говорит он. «Вместо того, чтобы делать это для каждого пикселя, мы отправляем образец набора лучей, а затем из этого мы получаем целое изображение.

«Мы даем подсказки растровому движку, используя лучи, чтобы показать, где будут падать тени. Аналогично, отражения и окклюзия окружающей среды. Там есть целая куча разных эффектов.

«Это способ внедрения методов трассировки лучей в среду реального времени, поэтому она не влияет на производительность. Результатом является окно просмотра в реальном времени, которое намного ближе к фотореалистичному виду и ощущению [чем текущие окна просмотра] ».

Фотореализм, конечно, находится в поле зрения зрителя, поэтому мы попросили Джонсона объяснить, насколько хорошее качество области просмотра можно сравнить с результатами Radeon ProRender и других программ визуализации, основанных на физике.
«Для меня это спектр», объясняет он. «Производительность в реальном времени и качество трассировки лучей. То, что мы пытаемся сделать, это продвинуть реальное время дальше по спектру. Это зависит от того, какие функции вы [разработчик программного обеспечения САПР] хотите реализовать. Вы можете продвинуть его до полной трассировки лучей в окне просмотра, если у вас достаточно лошадиных сил (в конечном итоге это конечная цель), но пока мы используем растр. Это континуум ».

Каждый разработчик программного обеспечения САПР сможет реализовать различные уровни функций в зависимости от требований своих пользователей и уровня производительности, который они хотят получить.

«Сейчас мы просто показываем возможности того, что возможно. Независимые разработчики должны принять это и фактически превратить в нечто реальное, и тогда все эти варианты, ползунки и переключатели будут тем, что они решат включить в свой пользовательский интерфейс [пользовательский интерфейс] », - объясняет Джонсон.

«Если бы у вас был GPU более низкого уровня, вы могли бы использовать менее требовательные функции или, если у вас GPU более высокого уровня, вы могли бы работать и больше», - продолжает Роб Джеймисон, менеджер отраслевого альянса AMD, Workstation Graphics.

Разработчики программного обеспечения, использующие физический рендерер AMD Radeon ProRender, также получат прямой путь к технологии гибридного видового экрана. Теоретически, те, кто уже встроил Radeon ProRender в свои приложения, такие как Maxon с Cinema4D, должны иметь более простой путь.

Благодаря поддержке глобального освещения, истинного отражения, прозрачности и преломления, а также освещения области, Radeon ProRender предлагает шаг вперед с точки зрения качества изображения. Однако, поскольку для визуализации на физическом уровне требуются тысячи проходов для каждого пикселя, наилучшее качество результатов займет минуты или часы, в зависимости от аппаратного обеспечения графического процессора.

Получение контроля над Vulkan

Гибридная технология AMD Viewport - это не только красивые визуальные эффекты, они дают дизайнеру возможность увидеть, как все может выглядеть на самом раннем этапе процесса разработки. Это также должно помочь улучшить производительность области просмотра в целом, а это означает, что дизайнеры могут работать со значительно большими моделями на одном графическом оборудовании. Это относится к новому низкоуровневому графическому API под названием Vulkan из Хронос Групп некоммерческий консорциум AMD, Nvidia, Intel, Apple и других, ориентированный на открытые стандарты.

Khronos Group также разрабатывает OpenGL, графический API, который восходит к началу 1990-х годов и используется практически во всех приложениях 3D CAD. OpenGL имеет много преимуществ, не в последнюю очередь то, что он зрелый, относительно простой в реализации и хорошо понятый разработчикам программного обеспечения 3D CAD. Однако это усугубляет проблему, которая возникает во многих приложениях САПР, где ЦП является узким местом для 3D-производительности. Это особенно заметно при отображении очень больших моделей, например, в режиме с затененными краями.

В таких рабочих процессах, «ограниченных ЦП», не имеет значения, сколько оборудования GPU вы выбрасываете в свои наборы данных, производительность не будет увеличиваться или будет только очень незначительно увеличиваться. Единственный способ значительно повысить частоту кадров - это увеличить частоту (ГГц) процессора.

Во многом это связано с тем, как OpenGL работает в сочетании с графическим драйвером. Каждый раз, когда 3D-модель перемещается в области просмотра, приложение САПР должно общаться с драйвером, а затем с графическим процессором, что добавляет уровень задержки.

Чтобы обойти это узкое место, AMD разработала Mantle, низкоуровневый API, который затем был передан Khronos Group и стал открытым стандартом, который теперь называется Vulkan.

У Вулкана есть два больших преимущества. Во-первых, он может снизить нагрузку на процессор, предоставляя разработчикам программного обеспечения САПР более прямой контроль над графическим процессором. Вместо того, чтобы все маршрутизировать через графический драйвер, приложение CAD может напрямую взаимодействовать с аппаратным обеспечением, что снижает уровень сложности. Во-вторых, код Vulkan может быть многопоточным, поэтому команды могут быть распределены по нескольким ядрам ЦП до их отправки в графический процессор.

Обе эти вещи должны означать, что программное обеспечение CAD способно гораздо эффективнее использовать графический процессор, что приводит к повышению производительности области просмотра, способности обрабатывать гораздо большие модели CAD и загружать их намного быстрее.

«Мы были ограничены. Клиенты хотят загрузить целый город или полностью загрузить автомобиль и хотят делать это в режиме реального времени », - говорит Джеймисон. «Производительность есть [в графическом процессоре], просто не было программного обеспечения для его использования».

Недостатком Vulkan является то, что он более сложный. Поскольку CAD-приложение должно выполнять часть работы, которую выполнял драйвер, разработчикам программного обеспечения становится сложнее программировать области просмотра. Во многих старых CAD-приложениях код OpenGL можно найти в самых разных местах, что значительно усложняет замену графического движка.

AMD признает, что это серьезная проблема для разработчиков программного обеспечения, что сдерживает развитие Vulkan. Тем не менее, он стремится устранить некоторые из барьеров, не только предлагая руку помощи крупным поставщикам САПР, но и предоставляя бесплатный набор инструментов под названием V-EZ [читай: V easy].

«V-EZ - это промежуточное программное обеспечение, программный API поверх Vulkan, разработанный для того, чтобы разработчикам программного обеспечения было намного проще реализовать Vulkan и писать код Vulkan», - объясняет Бруно Стефаницци, старший менеджер по разработке программного обеспечения AMD Radeon Pro. «Мы проделали большую работу для них. Это означает, что они могут писать значительно меньше кода - меньше половины - и при этом получать все преимущества. Это означает, что им не нужно заново изобретать колесо.

«Хороший пример здесь -« пунктирная линия », команда, используемая для рисования пунктирных линий в пакетах САПР, - говорит он. «В OpenGL есть родной способ рисовать эти линии, но в Vulkan разработчик программного обеспечения должен был бы запрограммировать его. В V-EZ мы сделали это для них.

«То же самое касается шейдеров», - добавляет он. «V-EZ может напрямую брать шейдеры OpenGL и использовать их. Они первоклассные граждане в V-EZ ».

Стефаницци продемонстрировал DEVELOP3D технологию, демонстрирующую производительность, которую можно ожидать при использовании V-EZ в приложении CAD. Он показал сложную мотоциклетную сборку в заштрихованном режиме, состоящую из 20 миллионов + многоугольников, разрезанную по ней в реальном времени, а затем взорвавшую все части - все бегло внутри области просмотра.

Итак, когда мы увидим, как эта технология появится в приложениях САПР? Джонсон подтвердил, что AMD уже разговаривает с некоторыми из крупнейших разработчиков программного обеспечения САПР, хотя и не называет имен. Однако он был оптимистичен в отношении того, как была получена технология гибридного видового экрана. «Первоначальное впечатление о том, что мы пытаемся сделать, а также о целях и потенциале для этого, хорошо резонирует со всеми, с кем мы разговариваем», - сказал он. «Тем не менее, есть много работы по разработке, и вы должны пройти циклы выпуска [программного обеспечения САПР], но мы настроены оптимистично».

Открыт для бизнеса

Поскольку гибридный видовой экран AMD основан на открытой технологии, он предназначен для работы со всеми различными графическими процессорами, от AMD, Nvidia или Intel. Основным требованием является то, что графический процессор должен поддерживать Vulkan 1.0.

Все пользователи, вероятно, будут испытывать общее увеличение производительности по сравнению с их текущим оборудованием при просмотре моделей в режиме простого затенения с краями и смогут работать с более крупными моделями. Тем не менее, тем, кто хочет получить «почти фотореалистичное качество», максимально приближенное к реальному времени, вероятно, понадобится более мощный графический процессор.

Именно здесь разработчики программного обеспечения САПР должны сделать хороший звонок для наиболее эффективной поддержки своих пользователей. Большинство пользователей в настоящее время имеют графические процессоры начального или среднего уровня, поэтому внезапное увеличение требований может быть решительно встречено с сопротивлением. Конечно, это будет отличная возможность для AMD (и Nvidia) продавать более мощные графические процессоры.

Проложить путь к VR

На сегодняшний день большинство VR-решений, ориентированных на дизайн и разработку, представляют собой отдельные приложения, которые переносят данные САПР в игровой движок или в высококлассный инструмент визуализации.

Вытесняя больше производительности из аппаратного обеспечения графического процессора, может ли гибридная технология AMD для области просмотра проложить путь для разработчиков программного обеспечения САПР, чтобы включить виртуальную реальность внутри области просмотра и позволить дизайнерам прыгать и выходить из виртуальной реальности, чтобы влиять на процесс проектирования? Мы положили это Джонсон.

«Это соответствует будущему визуализации», - сказал он. «Я думаю, вы увидите окна просмотра, которые поддерживают VR напрямую. Внедрение наших технологий Ray Tracing и V-EZ поможет осуществить этот переход, и мы готовы помочь независимым разработчикам ПО ».

Заключение

AMD потратила последние несколько лет на то, чтобы заставить свой рендерер Radeon ProRender на основе физических данных найти как можно больше мест. И он проделал довольно хорошую работу в секторе МиО. Теперь у компании есть плагины для SolidWorks, 3ds Max, Maya и Blender, а также есть прямые интеграции для Rhino и Cinema4D. Другие, включая Модо, находятся в стадии разработки.

Стратегия здесь заключалась в том, чтобы всегда пытаться отогнать Nvidia и ограничить потенциальный ущерб продажам графических процессоров AMD от Iray, графического процессора Nvidia, который работает только с графическими процессорами Nvidia. Представляя Radeon ProRender, бесплатный графический рендерер, который работает на любом графическом оборудовании, пользователи получили возможность выбора.

Хотя AMD всегда играла в догонялки с Nvidia, сейчас она пытается проявить инициативу. Его новая гибридная технология видового экрана не только обещает обеспечить лучшее качество визуализации в видовом окне, но также может помочь преодолеть узкие места ЦП, давнюю проблему многих приложений 3D CAD.

Из того, что мы узнали, технология гибридного видового экрана AMD, безусловно, звучит впечатляюще и может предложить большие преимущества пользователям САПР. Большой вопрос заключается в том, даст ли разработчикам программного обеспечения дополнительный стимул для того, чтобы совершить прыжок в Vulkan и приступить к важной работе по разработке совершенно нового графического движка? Если один из крупных поставщиков САПР действительно подключится и предоставит своим пользователям существенное преимущество в производительности и качестве по сравнению с другими, это может привести к волновому эффекту.

Конечно, будет интересно посмотреть, как отреагирует Nvidia. Теоретически, он уже может планировать нечто подобное, возможно, используя производную от его Технология трассировки лучей с улучшенным AI это объявлено в прошлом году. Одно можно сказать наверняка: конкуренция за графику в 3D CAD стала намного жарче.

AMD будет демонстрировать эту технологию в прямом эфире DEVELOP3D LIVE - смотреть его онлайн в 11 часов утра. Зарегистрируйтесь здесь

Итак, когда мы увидим, как эта технология появится в приложениях САПР?