1、ray casting

ray casting發(fā)音

英：　　美：

ray casting中文意思翻譯

射線(xiàn)追蹤法

光線(xiàn)投射

ray casting雙語(yǔ)使用場(chǎng)景

1、Ray casting is a widely recognized method for high quality volume rendering.───光線(xiàn)投射是一種高質(zhì)量的體繪制方法。

2、The frequent ray-casting and alarm-bell-knocking can help in case of our soul badger with system and derogated by it.───經(jīng)常投以光線(xiàn)，敲響警鐘，以免我們的靈魂被體制糾纏和貶損。

3、Ray casting is a classic algorithm of Volume Rendering.───光線(xiàn)投射算法是體繪制中的經(jīng)典方法。

4、In this paper, three-dimensional seismic data field of direct volume rendering-Ray Casting Algorithm is mainly studied.───本文主要研究三維地震數據場(chǎng)的直接體繪制方法——光線(xiàn)投射算法。

5、The ray-casting algorithm is an important algorithm of volume rendering.───光投射算法是體繪制中一種非常重要的算法。

6、Interpolation is a basic calculation for ray casting algorithm and has a lot of calculation, which directly influence the rendering speed.───插值算法是光線(xiàn)投射法中基本的計算方法，計算量很大，直接影響成像速度。

7、Ray casting is widely applied in virtual endoscope systems, due to high quality images rendered by the algorithm, but it is time-consuming.───光線(xiàn)投射算法因其成像質(zhì)量高而廣泛地用于虛擬內窺鏡系統，但成像速度非常緩慢。

8、We adopt improved Ray-Casting to render smoke and cloud and map the entire arithmetic process to GPU.───采用改進(jìn)的光線(xiàn)投射法渲染煙霧和云，并將整個(gè)運算映射到GPU。

ray casting相似詞語(yǔ)短語(yǔ)

1、casting───v.鑄造；投擲；投向；選派演員；扔掉（cast的ing形式）；n.鑄造；鑄件；投擲；角色分配

2、ray───vi.放射光線(xiàn)；浮現；n.（Ray）雷（人名）；n.射線(xiàn)；光線(xiàn)；鰩魚(yú)；vt.放射；顯出

3、dia casting───他在鑄造

4、casting call───演員選秀；試鏡

5、barrelling casting───筒形鑄件

6、casting frontier───鑄造前沿

7、cousin ray ray───雷·雷表弟

8、casting off───版面計算；輪番移轉；解纜；脫圈

9、casting team───選角隊

2、RTX顯卡支持的實(shí)時(shí)光線(xiàn)追蹤是什么？

今年計算機圖形學(xué)上什么最火爆？那莫過(guò)于實(shí)時(shí)光線(xiàn)追蹤了。GDC 2018上，微軟率先為DirectX 12 API增加了光線(xiàn)追蹤模塊，命名為DirectX Raytracing (DXR)；NVIDIA則是發(fā)布了基于實(shí)時(shí)光線(xiàn)追蹤的RTX技術(shù)；AMD也宣布是自家的ProRender渲染引擎將支持實(shí)時(shí)光線(xiàn)追蹤。此外諸如EA 寒霜引擎、EA Seed、Unreal 引擎、3DMark、Unity 引擎已經(jīng)宣布將會(huì )引入光線(xiàn)追蹤。但這些似乎距離我們還有些遙遠，直到前兩天NVIDIA發(fā)布了RTX 2080 Ti、RTX 2080、RTX 2070游戲顯卡，明確表示從硬件級別支持光線(xiàn)追蹤！那么到底什么是光線(xiàn)追蹤？

光線(xiàn)追蹤能達到什么樣的效果？其實(shí)這個(gè)我們每一個(gè)人都體驗過(guò)，絕大部分科幻、動(dòng)作電影里面或多或少都會(huì )用上光線(xiàn)追蹤這一技術(shù)。比如令人血脈賁張的《極品飛車(chē)》、《權力游戲》中的火焰、煙霧和爆炸效果仿佛身臨其境，可以說(shuō)光線(xiàn)追蹤生成的影像與攝影機拍攝的影像難以區分，這就是光線(xiàn)追蹤能達到的極致效果。但具體如何做到的，請聽(tīng)我娓娓道來(lái)。

其實(shí)剛聽(tīng)說(shuō)要詳細講一下什么是光線(xiàn)追蹤我是拒絕的，因為，你不能讓我寫(xiě)，我就馬上去寫(xiě)，第一里面涉及到算法、數學(xué)原理實(shí)在是太多了，因為我不愿意寫(xiě)的時(shí)候涉及過(guò)多公式，“Duang”一下，顯得很高大上，這樣觀(guān)眾出來(lái)一定會(huì )罵我，根本看不懂你在講什么，那就等于白講了。后來(lái)想了想，希望以最通俗易懂方式來(lái)講解光線(xiàn)追蹤是怎么回事，盡可能地少涉及到數學(xué)公式以及算法原理，因為我要讓觀(guān)眾看到，我能理解的是這樣子，你們看完之后也會(huì )是這個(gè)樣子！

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光柵化

想要了解什么是光線(xiàn)追蹤，這里我們不得不提及耳熟能詳的專(zhuān)業(yè)名詞“光柵化”，因為它是光線(xiàn)追蹤的基礎，也是高效替代方案。為什么會(huì )出現這樣看似矛盾的定義？

因為光柵化是一個(gè)非常宏大的概念，它有可能是指代某一個(gè)框架，也可能是具體到某一個(gè)技術(shù)上。就目前現階段來(lái)說(shuō)，我們并不愿意將光柵化放到與光線(xiàn)追蹤的對立面上，因為光線(xiàn)追蹤還是需要光柵化作為基礎，同時(shí)起到錦上添花作用，因此現階段實(shí)現的依然是混合渲染，兩者相輔相成，缺一不可，并不是部分自媒體吹噓的那樣，光線(xiàn)追蹤可以完全替代光柵化。

光柵化的簡(jiǎn)單原理：

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按照字面意思就是把圖像柵格化、像素化，將電腦生成的矢量圖轉換成屏幕像素點(diǎn)的過(guò)程。比方說(shuō)，游戲中物體建模的時(shí)候都是三維，由點(diǎn)線(xiàn)面構成，但要顯示在二維的顯示器上，就需要一個(gè)“降維打擊”——光柵化，成為能夠被顯示的像素點(diǎn)，其實(shí)就是三維向二維的轉化過(guò)程，這是目前渲染的基石。

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NVIDIA親自解釋光柵化過(guò)程：（不看也不影響閱讀系列）

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每個(gè)三角形的頂角與大小和形狀不同的其他三角形的頂點(diǎn)相交，每個(gè)頂點(diǎn)關(guān)聯(lián)著(zhù)大量信息，包括其在空間中的位置以及有關(guān)顏色、紋理及其“正常形式”的信息，這些信息用于確定物體所朝向表面的形式。 計算機隨后將3D模型的三角形轉換為2D屏幕上的像素或點(diǎn)，可以根據存儲在三角形頂點(diǎn)中的數據為每個(gè)像素分配一個(gè)初始顏色值。

進(jìn)一步像素處理或“陰影處理”，包括基于場(chǎng)景中的光線(xiàn)如何碰撞像素改變像素顏色，以及將一個(gè)或多個(gè)紋理應用于像素，從而結合生成應用于像素的最終顏色。

這種技術(shù)的計算量異常大。一個(gè)場(chǎng)景中的所有物體模型可以使用多達數百萬(wàn)個(gè)多邊形，4K顯示器中有近800萬(wàn)個(gè)像素。而且屏幕上顯示的每個(gè)幀或圖像通常會(huì )在顯示器上每秒刷新30-90次。

此外，還要使用內存緩沖區（為加快運行速度預留出來(lái)的一點(diǎn)臨時(shí)空間）在即將到來(lái)的幀于屏幕上顯示之前預先渲染這些幀。還需使用深度或“Z緩存” 存儲像素深度信息，以確保在屏幕上顯示像素的X-Y屏幕位置上的頂層物體，并且頂層物體背后的物體保持隱藏狀態(tài)。

光柵化過(guò)后的平面圖像其實(shí)并不真實(shí)，這是原理所決定的，因此后期圖形學(xué)中出現了增強真實(shí)感的各種渲染技術(shù)，包括“全局照明”、“環(huán)境光遮蔽”、“漫反射”以及“軟陰影”，他們都是意圖用更低開(kāi)銷(xiāo)實(shí)現更真實(shí)的光照效果。

由于都是通過(guò)算法來(lái)實(shí)現，并沒(méi)有統一標準，游戲開(kāi)發(fā)商可以自行選擇并使用，因此我們看到一些游戲里面有各種光影特效，而另一些游戲中就沒(méi)有。如此之多、五花八門(mén)的技術(shù)就是為了創(chuàng )造以假亂真的光照效果，其實(shí)說(shuō)到底就是我們的顯卡算力太弱了，只配用這種近似解的方案。

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光線(xiàn)追蹤

而在電影行業(yè)中，早就用上了我們提及的光線(xiàn)追蹤，他們已經(jīng)有相當成熟的解決方案，完全可以達到以假亂真的效果，你看看漫威的科幻大片，是不是給你一種異常真實(shí)的錯覺(jué)？沒(méi)錯，這就是光線(xiàn)追蹤的魅力。

至于為什么電影行業(yè)能這樣做，原因不外乎有兩個(gè)：一是有時(shí)間，他們采用的離線(xiàn)光線(xiàn)追蹤，是要慢慢一幀幀渲染出來(lái)；二是有錢(qián)，通常特效工作室會(huì )使用到NVIDIA所說(shuō)的渲染農場(chǎng)，不是一臺電腦在算，而是一個(gè)個(gè)渲染集群服務(wù)器在工作，算力是你機箱里的GTX 1080 Ti成千上萬(wàn)倍，因此它們可以這樣玩。

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光線(xiàn)追蹤的歷史

其實(shí)光線(xiàn)追蹤并不是近幾年才有的概念，它的歷史甚至可以追溯到上世紀70年代。

1968年，Arthur Appel在其論文《 Some techniques for shading machine rendering of solids》提出Ray Casting（光線(xiàn)投射）的新概念，這也是后來(lái)光線(xiàn)追蹤的基石。

圖片來(lái)源見(jiàn)水印

其具體思路是從每一個(gè)像素發(fā)出一條光線(xiàn)，然后找出會(huì )擋住傳播路徑的物體，那么只要計算被擋住之前的傳播路徑（直接光照部分），而視平面上每個(gè)像素的顏色取決于從可見(jiàn)光表面產(chǎn)生的亮度。

1969年就任于IBM的Arthur Appel在《Some Techniques for Shading Machine Renderings of Solids》論文中首次提出Ray Tracing（光線(xiàn)追蹤）。此技術(shù)可追蹤通過(guò)2D視平面上每個(gè)像素發(fā)射的光線(xiàn)路徑，并應用到場(chǎng)景的3D模型中。

但一直等到10年后的1979年，Turner Whitted才繼續在論文《An Improved Illumination Model for Shaded Display》中，具體解析如何捕捉反射、陰影和反射。在光線(xiàn)投射的基礎上，加入光與物體表面的交互。

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光線(xiàn)追蹤主要思想是從視點(diǎn)向成像平面上的像素發(fā)射光線(xiàn)，找到阻擋光線(xiàn)傳播的最近物體，如果交點(diǎn)表面為散射面，則計算光源直接照射該點(diǎn)產(chǎn)生的顏色；如果該交點(diǎn)表面為鏡面或折射面，則繼續向反射或折射方向跟蹤另一條光線(xiàn)，如此往復循環(huán)，直到光線(xiàn)射出場(chǎng)景或者達到規定計算次數（還是為了節省資源）。這個(gè)方法被稱(chēng)之為經(jīng)典光線(xiàn)跟蹤方法或者遞歸式光線(xiàn)追蹤方法。

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順帶提醒一下大家，Turner Whitted作為光線(xiàn)追蹤的創(chuàng )始人，目前就任于NVIDIA 研究事業(yè)部，所以你能理解NVIDIA為什么那么熱衷于光線(xiàn)追蹤追蹤了嗎？

光線(xiàn)追蹤目前的瓶頸——計算量龐大、小樣本計算噪點(diǎn)

光線(xiàn)追蹤是三維計算機圖形學(xué)中的特殊渲染算法，它與之前計算光源光線(xiàn)傳播路徑不一樣，利用光的可逆性質(zhì)，反向計算，跟蹤從眼睛發(fā)出的光線(xiàn)，通過(guò)技術(shù)生成編排好的數學(xué)模型展現出來(lái)，這樣的得到畫(huà)面效果更佳，對于反射與折射有更準確的模擬效果，并且效率非常高，因此在電影制作過(guò)程往往會(huì )采用這種高質(zhì)量的渲染方式。

圖片來(lái)源NVIDIA

但很遺憾，光線(xiàn)追蹤最大缺陷在于對算力要求極高，計算量非常龐大，目前的單一硬件很難滿(mǎn)足實(shí)時(shí)光線(xiàn)追蹤的需求。光柵圖形學(xué)中的算法，利用了數據的一致性從而在像素之間共享計算，而光線(xiàn)跟蹤通常是將每條光線(xiàn)當作獨立的光線(xiàn)，每次都要重新計算。所以盡管電影特效工作室有龐大的計算集群，但他們也會(huì )“偷懶”，只有在關(guān)鍵幀、關(guān)鍵元素上采用光線(xiàn)追蹤來(lái)處理，其余部分依然使用光柵化進(jìn)行渲染，依然能夠提供非常出色的畫(huà)面效果。由此可想而知計算量之大。

按道理來(lái)說(shuō)，每一條光線(xiàn)都有自己的計算，可以正確地處理出光線(xiàn)反射、折射等光學(xué)現象，但實(shí)際出來(lái)的效果有可能與真實(shí)情況不一樣。這因為最終的畫(huà)面是求解通過(guò)渲染方程得到，但有時(shí)候方程式解不出來(lái)，只能利用蒙特卡洛積分做近似解，需要用到大量的樣本進(jìn)行求解，在電影使用的離線(xiàn)渲染中，由于沒(méi)有計算時(shí)間限制，他們通常會(huì )采用幾百到幾千以?xún)却髽颖具M(jìn)行計算，出來(lái)的光線(xiàn)追蹤效果會(huì )更好。

一旦用到游戲上就不同了，要達到60fps，也就是一幀只有16ms時(shí)間給你進(jìn)行光線(xiàn)追蹤運算，那么樣本只能盡可能小，這樣就會(huì )導致出來(lái)解不夠準確，畫(huà)面會(huì )有大量噪點(diǎn)。

NVIDIA開(kāi)創(chuàng )了實(shí)時(shí)光線(xiàn)追蹤新時(shí)代

NVIDIA已經(jīng)預料這一點(diǎn)，針對極低樣本數量的光線(xiàn)追蹤結果進(jìn)行實(shí)時(shí)降噪的研究，并且取得了不錯的結果，最后成為GameWorks SDK 中一個(gè)光線(xiàn)追蹤降噪模塊，也就是Denoising算法。最終可以用比較低樣本的光線(xiàn)追蹤應用到實(shí)時(shí)渲染中，最終渲染質(zhì)量可以媲美大樣本下的光線(xiàn)追蹤收斂圖像。

另一方面，隨著(zhù)顯卡計算性能日益提升，NVIDIA認為顯卡加入硬件級光線(xiàn)追蹤支持的時(shí)機已經(jīng)成熟，光線(xiàn)追蹤也會(huì )成為未來(lái)3A級游戲競相使用的技術(shù)，以達到玩家們夢(mèng)寐以求的畫(huà)面效果。因此NVIDIA在經(jīng)歷Volta游戲顯卡跳票后，帶來(lái)了擁有專(zhuān)門(mén)處理光線(xiàn)追蹤的RT Core的Turing游戲顯卡，不僅僅可以讓游戲開(kāi)發(fā)者進(jìn)行實(shí)時(shí)光線(xiàn)追蹤計算，所見(jiàn)即所得，而玩家也能從游戲中感受到前所未有、電影級的畫(huà)質(zhì)。

就像NVIDIA所說(shuō)的那樣，圖靈架構顯卡凝聚了過(guò)去10年里在計算機圖形算法和 GPU 架構領(lǐng)域所取得的成果。

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