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| 本文作者： 糖直銷(xiāo)-Orz | 2016-09-14 17:38 |
毫無(wú)疑問(wèn)，英偉達(dá)在 GPU 上面是難逢敵手的。借助強(qiáng)勁的 GPU，它在需要巨大計(jì)算量以及圖形渲染的任何領(lǐng)域也大放異彩。在人工智能，智能駕駛領(lǐng)域英偉達(dá)更是翻云覆雨，更不用當(dāng)下另一個(gè)風(fēng)口——VR。
所以英偉達(dá)這次又把 GTC 從美利堅(jiān)開(kāi)到了北京，并且為 VR 單獨(dú)開(kāi)辟了一個(gè)論壇。由于論壇的主題是「中國(guó)制造 2025 以及虛擬現(xiàn)實(shí)」，所以在大會(huì)上，我們更多聽(tīng)到的是 VR 技術(shù)在工業(yè)級(jí)上的應(yīng)用。這些技術(shù)的運(yùn)用背后都有英偉達(dá)在圖形處理上的支持，尤其是專(zhuān)為 VR 開(kāi)發(fā)者準(zhǔn)備的開(kāi)發(fā)套件 VRWorks。說(shuō)了那么多，這套開(kāi)發(fā)工具到底有神奇之處？
VR 技術(shù)的興起之所以讓 PC 行業(yè)為之興奮，最主要的原因在于 VR 對(duì)于計(jì)算能力的要求要求比一般的游戲要更高。而這一部分的重任則主要是落在了 GPU 之上，但傳統(tǒng)的渲染方式——渲染整個(gè)畫(huà)面以及每一個(gè)細(xì)節(jié)顯然不適用于 VR 內(nèi)容。畢竟在 VR 設(shè)備上，GPU 需要在短時(shí)間內(nèi)渲染出左右眼不同的兩個(gè)畫(huà)面，并且需要隨時(shí)根據(jù)用戶頭部的方向調(diào)整渲染的內(nèi)容。
早先為了減輕眩暈感，英偉達(dá)在上一代 Maxwell 架構(gòu)上，曾經(jīng)公布過(guò)一項(xiàng)名為 Asynchronous Time Warp（異步時(shí)間扭曲）的技術(shù)。比如，在用戶沉浸在 VR 時(shí)會(huì)不自主進(jìn)行頭部的擺動(dòng)。只有當(dāng)他停止動(dòng)作后，眼睛看到的畫(huà)面與現(xiàn)實(shí)世界中停止動(dòng)作后應(yīng)該看到的畫(huà)面相吻合，那么用戶才不至于產(chǎn)生不適感，才能更好地沉浸在 VR 世界里。
Asynchronous Time Warp 技術(shù)通過(guò)提前在屏幕刷新前準(zhǔn)備好用戶理應(yīng)看到的畫(huà)面，來(lái)提升畫(huà)面的流暢性。這一次英偉達(dá)則是依托于新的 Pascal 架構(gòu)，在 VRWorks 套件中推出了另一項(xiàng)更進(jìn)一步提升體驗(yàn)的技術(shù) Preemption——它的作用在于能夠更快，更早地啟動(dòng) Asynchronous Time Warp 技術(shù)，生成更多的中間幀，畫(huà)面過(guò)渡更自然，讓最終呈現(xiàn)給用戶的畫(huà)面更貼近現(xiàn)實(shí)，增加 VR 帶來(lái)的沉浸感。
如果說(shuō) Preemption 是 VRWorks 里提升用戶體驗(yàn)的擔(dān)當(dāng)，那么接下來(lái)幾項(xiàng)技術(shù)則是 GPU 減負(fù)擔(dān)當(dāng)。在說(shuō)明接下來(lái)的幾項(xiàng)技術(shù)之前，我們先要了解顯卡在渲染 3D 圖形的大概步驟：首先 GPU 通過(guò)計(jì)算將 3D 圖形構(gòu)建好，然后再通過(guò)投影的方式將 3D 圖形投射到顯示器上，形成 2D 圖形。即使玩家配備了多個(gè)屏幕，他看到的畫(huà)面也只是單純地將一個(gè)投影拉長(zhǎng)。如果玩家采用的環(huán)繞式的屏幕排布方式，那么畫(huà)面可能會(huì)扭曲變形。
這時(shí)候英偉達(dá)的另一項(xiàng)新技術(shù) Simultaneous Muti-Projection（多重同步投影技術(shù)）就可以解決這個(gè)問(wèn)題了——它的解決方案是分別針對(duì)不同朝向的物體，采用不同方向的「光源」進(jìn)行投射，這樣渲染物體就不會(huì)發(fā)生扭曲了。基于這項(xiàng)技術(shù)，英偉達(dá)拿出了 Single Pass Stereo 以及 Lens Matched Shading 這兩項(xiàng)技術(shù)。
GPU 運(yùn)用基于 Simultaneous Muti-Projection 的 Single Pass Stereo 技術(shù)，根據(jù)左眼與右眼見(jiàn)到圖像視角的差別，僅需通過(guò)渲染出左眼所見(jiàn)的圖像，再稍微扭曲下渲染出左眼的圖像，即可得到右眼的圖像，無(wú)需進(jìn)行二次渲染。而 Lens Matched Shading 可以視為給 VR 渲染視圖添加了一個(gè)遮罩——這個(gè)遮罩的目的在于調(diào)整因?yàn)?VR 鏡片帶來(lái)的畸變。這樣一來(lái)，就不必每次渲染后再做一遍反畸變的調(diào)整。
說(shuō)到沉浸感，一般人首先會(huì)想到的是無(wú)延遲又精細(xì)的畫(huà)面，這一方面也是諸多內(nèi)容開(kāi)發(fā)者追求的，然而除了畫(huà)面之外，另一個(gè)至關(guān)重要的方面就是音效。試想一下，當(dāng)玩家沉浸在畫(huà)質(zhì)精良的虛擬世界中不可自拔之時(shí)，突然兩耳響起貧瘠的環(huán)境音樂(lè)，是不是很出戲？
對(duì)于音效的處理，大多數(shù)開(kāi)發(fā)者的做法是直接改變音源聲音的大小，將「音響」直接對(duì)準(zhǔn)體驗(yàn)者的耳朵。這樣的方法簡(jiǎn)單粗暴，也能讓體驗(yàn)者判斷音源的方位，但沉浸感不足——原因是，在現(xiàn)實(shí)生活中，我們聽(tīng)見(jiàn)的聲音不僅僅只有從音源發(fā)出的，還有墻壁等物體反射后形成的另一波聲音。
英偉達(dá)推出的 VRWorks 套件對(duì)于這樣的情形有一套特定的解決方案——將原本用在圖形渲染上的「物理光效」運(yùn)用到了音效之上，構(gòu)建出一套適用于聲音反射的函數(shù)方程，以模擬聲波碰撞到不同材質(zhì)物體之上的反射音。
因?yàn)楣饩€與聲音同樣都是屬于波的一種，GPU 也能處理這一類(lèi)型的計(jì)算。然而，由于不同材質(zhì)物體對(duì)于聲波的反射與吸收的比例是不同的，并且還涉及到不同反射波的合成問(wèn)題，所以開(kāi)發(fā)者在使用這項(xiàng)技術(shù)的時(shí)候，需要與英偉達(dá)合作一起，調(diào)整相關(guān)參數(shù)。
VRWorks 套件固然對(duì) GPU 性能提升與優(yōu)化有著莫大的幫助，但如果這套組件僅僅是英偉達(dá)一家獨(dú)自推動(dòng)的技術(shù)，那么對(duì)于開(kāi)發(fā)者也沒(méi)有什么實(shí)際的用處。不過(guò)，無(wú)論是 Unity 還是 Unreal 哪一款開(kāi)發(fā)引擎，都已經(jīng)宣布支持英偉達(dá)的 VRWorks。這一次 VR 開(kāi)發(fā)者似乎真的拿到了一套趁手的開(kāi)發(fā)利器。
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