实时渲染、光线追踪渲染和光栅化渲染之间的差异是怎样的？

Arzie100 · 发表于 2023-3-13 11:44

栅格化和光线追踪

我们将从头开始。要在 3D 空间中描绘一个 3D 对象——为了简单起见，假设它是一个打开的纸板箱内的视图——您将使用您选择的 3D 软件来创建基本的盒子形状，应用纸板的平面图像 (纹理）到每一侧，并根据它相对于您定位的光源的位置使每一侧变亮或变暗。您的 3D 软件根据定位的光源计算出盒子每个像素的颜色，从而生成相当逼真的 3D 纸板盒描绘。
在游戏引擎工作流程中，这被称为光栅化渲染，纸板应该亮还是暗的信息是基本的直接照明。使用光栅化渲染，您通常需要在场景中放置额外的灯光——有时在地板线下方和墙角——以实现您正在寻找的明暗效果，因为光不会在平面内反射光栅化器就像在现实生活中一样。

另一方面，使用光线追踪渲染，您只需要将灯光放置在它们实际所在的位置，因为发出的光会像在现实世界中一样在场景中反射——因此看起来更加逼真。因此，假设我们带您的纸板箱“房间”，我们想使用计算机从光源产生真实的照明。多亏了光线追踪，来自那个光源的光会在场景中反射；它会计算出光线在何处与盒子相交，它应该反射多少光线，它如何穿过虚拟相机的镜头，最后，这个相机的图像应该如何显示在你的屏幕上。结果非常逼真。这是间接照明，或更常称为全局照明，通常简称为“GI”。
这两种技术都有好处：

栅格化渲染是一种创建 3D 图像的更快方法，但它是以牺牲质量为代价的。这使得它非常适合速度比美学更重要的视频游戏。虚幻引擎是流行的光栅化渲染器的一个例子。
光线追踪渲染计算量更大，适用于质量比快速交互更重要的行业：电影、电视和广告的 VFX，以及建筑可视化、设计和汽车的图像和动画。V-Ray 是一种流行的光线追踪渲染器。

虽然现在所有主要的动画工作室和 VFX 公司都在使用光线追踪渲染，但情况并非总是如此。就在十多年前，光线追踪彻底改变了艺术家所能达到的效果，并让“打光师”（负责研究如何为场景打光的 CG 艺术家）能够在更短的时间内创作更多的镜头。
Chris Nichols 解释说：“如果你要拍一部电影，你会看看你需要打光多少个镜头，[那时候]你只能预算每个打火机 20 个镜头，因为这就是每个场景都需要很长时间才能正确点亮。你必须伪造所有的灯光，所有的着色器，所有的东西才能让它看起来正确。当 [艺术家] 转向光线追踪全局照明渲染时，预算突然增加了。一个打火机可以轻松点燃 120 发，甚至更多！你不必伪造任何东西。”

光线追踪可以渲染准确的阴影、递归反射、折射和任何反射/反射光。
栅格化渲染不能做准确的阴影、递归反射、折射或任何反射/反射光；使用光栅化渲染，您必须伪造或跳过这些品质。
光线追踪非常适合那些关心模型复杂性和着色器并希望能够保持其原始几何形状的人；结果可以按比例放大到任何需要的程度。
栅格化渲染非常适合那些不需要担心模型复杂性或简化着色器的人；结果将仅限于游戏引擎。

混合渲染呢？

光线追踪的混合——本质上是“光线追踪效果”——现在被包含在虚幻引擎和 Unity 中；这些效果应用于光栅引擎之上，为游戏引擎设置场景的过程没有改变。
实时渲染

计算机以足够快的速度生成一系列图像以允许交互的过程称为实时渲染。实时渲染的目标是匹配显示器刷新率，使视觉效果更流畅——所以我们说的是游戏和 VR 的 60 Hz = 60 FPS（每秒帧数）。（24 或 30 FPS 通常被称为“实时”，但这在技术上与电影和广播帧速率有关。）
过去，“实时”一词仅适用于游戏引擎，但随着快速光线追踪技术（例如 Chaos Group 的 Project Lavina ）的出现，它现在适用于任何能够快速流畅地生成图像的事物。“从技术上讲，实时就是可以筛选渲染的速度，”Simeon 说。“如今，我认为阈值将超过每秒 30 帧。”
如今，VR 仍在视频游戏行业站稳脚跟，但对于建筑师和设计师来说，它已经不可或缺。Phil Miller 解释说：“拥有一对一比例的感觉是革命性的。在所有几个世纪的可视化中，它始终是二维图片。但是很多人无法理解 2D 图片 - 强制透视，你不知道它的真实样子，或者你的视线水平线在哪里。你不觉得你在那里。在 VR 中，你可以；你会得到真正的空间感。”
您可以使用光栅化和光线追踪渲染引擎来创建 VR 体验；光栅化引擎允许以现实主义为代价进行移动和交互，而光线追踪引擎可以显示逼真的世界（如果你除了头部之外不移动任何东西）。这正是我们为 Unreal 创建 V-Ray 的原因；帮助艺术家通过实时工作流程获得逼真的效果。
实时、真实的问题

光线追踪和光栅化引擎是两种截然不同的东西，两者都需要艺术家具备不同的技能组合。然而，V-Ray for Unreal 现在允许艺术家使用光线追踪工作流程进行渲染并获得相同的高质量 V-Ray 结果，但在 Unreal 中使用实时工作流程。
例如，从事视频游戏的美术师必须了解如何使游戏资产适合特定的多边形计数，以及如何在不影响外观的情况下优化纹理。VFX 或建筑可视化艺术家必须确保一切看起来逼真且物理正确。相比之下，照片级真实感工作更容易，因为结果与现实世界相关，因此此工作流程对所有设计师和艺术家都有好处。
如今，通常使用光线追踪工作流程的行业（例如建筑）希望获得实时的好处：与场景交互并从任何角度检查它的能力；有机会在 VR 中体验它，可以在任何方向进行全面运动。但他们也希望从光线追踪渲染引擎获得他们习惯的令人难以置信的保真度。
V-Ray for Unreal 的最大优势之一是它能够在 Unreal 中像在 V-Ray 中一样逼真地烘烤光线。V-Ray Light Bake（或者更简单地说，V-Ray Bake）是使用 V-Ray 及其 GI 和照明计算创建光照贴图的过程，在 Unreal 中生成准确的结果。最重要的是，这意味着您可以在设计灯光时从 3D 软件中获得实际灯光。因此，例如，如果您在 3ds Max 或 Maya 中创建逼真的环境，它可以在 Unreal 中像在 V-Ray 中一样逼真地烘焙。更重要的是，一旦你的光被烘焙，你就可以调整光强度和颜色（虽然不是照明位置）。请注意，如果您的灯光没有烘焙，它看起来会完全不同，因为您的灯光没有弹跳。
如果您要在 Unreal 中寻找逼真的效果，如果没有 V-Ray，将很难获得您想要的结果 — 无需投入更多时间。Chris 解释说：“你正在带那些习惯于只设计他们的空间而不考虑其中一些概念的艺术家。他们习惯于以渲染时间为代价获得精美的逼真图像。突然之间，他们必须做更多的技术工作，发展更多的知识，并花费大量的艺术家时间才能达到那个水平。”

Balázs rley, Fabian Bulyovcsity, Andras Pall

借助 V-Ray for Unreal，您现在可以将来自 3ds Max、Maya、SketchUp 和 Rhino 的 V-Ray 场景直接导入到虚幻编辑器中——而且，您第一次可以使用 V-Ray 渲染 100% 光线追踪的逼真图像-Ray 直接来自 Unreal。
V-Ray for Unreal

现在我们已经了解了三个 R（光栅化、光线追踪和实时）的基础知识，我们可以看看V-Ray for Unreal。正如我们已经强调的那样，虚幻引擎通常用于光栅化渲染，而 V-Ray 是一种光线追踪引擎。巧妙之处在于，借助 V-Ray for Unreal，可以将使用 3ds Max、Maya 或 SketchUp 等 3D 软件创建的光线追踪场景导入虚幻引擎并进行实时探索。
这是如何运作的？V-Ray for Unreal 查看 V-Ray 场景并获取几何体，并自动为场景中的灯光和材质计算出最接近的 Unreal 等价物。大多数情况下，Unreal 材质看起来就像它们的 V-Ray 对应物。使用烘焙光照，您可以在虚幻引擎中探索您的场景并从任何角度实时查看它，甚至可以将其带入虚拟现实。
使用 V-Ray for Unreal，艺术家无需学习全新的工作流程或成为游戏引擎专家即可将他们的作品转换为实时格式。
GPU方程式

实时探索复杂的光栅化场景需要高性能 GPU。一旦将场景加载到 V-Ray for Unreal 中，艺术家就可以利用 V-Ray 的光线追踪渲染来创建高质量的逼真图像，而无需离开游戏引擎。V-Ray for Unreal 甚至将 Unreal 中的材质与其对应的 V-Ray 链接起来，因此从 Unreal 中生成的渲染看起来与在 V-Ray 中一样。
但质量是主观的，正如 Simeon Balabanov 解释的那样：“我曾与那些只想在 VR 中进行太空探索的客户进行过交谈。他们不关心材料。他们只是想看看阴影是如何投射到建筑物内部的，并确保当他们戴上 VR 护目镜并将其放入人体尺度时，它们具有照明的物理准确性，但没有材料的物理准确性。他们只是在那里扔了一种灰度材料，让窗户变得透明。”
V-Ray for Unreal 提供了两全其美的优势：令人难以置信的质量与 Unreal Engine 明快的实时渲染相结合。
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JamesB · 发表于 2023-3-13 11:52

但是，UE5上光追了

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实时渲染、光线追踪渲染和光栅化渲染之间的差异是怎样的？

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