NVIDIA圖靈顯示架構以GPU推動影像革命 AI技術模擬真實場景更有效率

2018.08.15 08:46PM
1116
是藉AI技術更有效率模擬真實場景後,NVIDIA將能以GPU推動更大影像革命這篇文章的首圖

NVIDIA全新Turing顯示架構設計額外導入可對應光影互動效果即時運算的RT Cores,藉此分攤原本由GPU運算的效能負擔,加上運算過程中可加入人工智慧學習分析,可針對非特別重要細節,以及大量相同且重複的運算流程進行學習,藉此加快內容渲染速度,同時在內容設計應用也能相對更有彈性。

首圖

從今年在GDC 2018配合微軟DirectX Raytracing (DXR) API資源,提出可藉由GPU硬體加速運算的RTX即時光線追跡技術,另外亦可搭配Volta顯示架構結合人工智慧學習運算模式,讓系統能大幅縮減大量影像所串連的複雜光影互映效果,到稍早提出整合Tensor Cores、RT Cores的Turing顯示架構,讓內容設計者能以單張Quadro RTX系列專業繪圖卡即可完成過往必須花費大量成本才能達成相同效果的渲染成果,甚至能進一步節省更多佔用空間與時間花費。

而之所以可以達成這樣的成果,主要還是在於全新Turing顯示架構設計額外導入可對應光影互動效果即時運算的RT Cores,藉此分攤原本由GPU運算的效能負擔,加上比照Volta顯示架構導入Tensor Cores設計,讓整個運算過程中可加入人工智慧學習分析,使所有渲染所需時間可以因此降低。

加入人工智慧演算模式,最主要是針對非特別重要細節,以及大量相同且重複的運算流程進行學習,藉此加快內容渲染速度,同時在內容設計應用也能相對更有彈性,例如設計者若希望影片中的每個細節都能做到十分精細,自然可以斥資採購大量硬體設備進行最高精度的渲染處理,但在時間成本與效率等多方面考量下,透過學習加速方式增加影像渲染處理速度,自然會有較高「性價比」優勢,甚至一旦發現內容錯誤時,仍有充裕時間可做修改,並且重新進行渲染輸出。

而加上RT Cores的設計,則是進一步讓即時光線追跡演算部分能以更有效率方式處理,並且能讓GPU運算效能可被挪用於處理更多影像渲染需求,因此相比Volta顯示架構的運算處理方式,採用Turing顯示架構的渲染方式,相對透過單張Quadro RTX系列繪圖卡即可完成,同時原本需要花費約7萬美元的硬體建置成本,幾乎也能縮減至花費10000美元以下價格即可實現。

例如NVIDIA舉皮克斯過去打造《玩具總動員》第一步動畫電影時,當時便花費超過800小時透過大量CPU進行圖像渲染,而後續製作《汽車總動員》或《怪獸電力公司》等電影時,則開始導入大量繪圖卡進行硬體加速,如此才能讓車輛表現真實光影互動,甚至可讓毛怪身上複雜光影與細微毛髮浮動表現徐徐如真。若目前仍維持採用大量CPU進行渲染的話,或許皮克斯將無法帶來更進一步的技術突破,而如今也有越來越多動畫、遊戲、電影製作廠商開始導入專業繪圖卡,以加速方式創造更多內容呈現可能性。

雖然也有不少電影特效公司也強調透過多組CPU構成多核架構,並且配合FPGA指令集讓CPU運作能有更豐富且具彈性的調整應用,但相比GPU加速仍有許多不足之處。相比之下,GPU確實無法像CPU能同時對應各類指令集、硬體聯繫控制能力,甚至GPU本身仍需要搭配CPU運作才能正常使用,顯示CPU在市場應用依然相當重要,只是考量各類巨量圖像運算、人工智慧技術應用,或是真實光影、物理材質模擬等,依然必須使用GPU才能實現更大效益。

是藉AI技術更有效率模擬真實場景後,NVIDIA將能以GPU推動更大影像革命的第3張圖

目前常見的電腦CG動畫,往往必須預先進行3D建模,之後再進行複雜的圖像渲染運算,最後才能建構完整影片內容

是藉AI技術更有效率模擬真實場景後,NVIDIA將能以GPU推動更大影像革命的第4張圖

在3D建模中,不同部位涉及連動貼圖位置相當複雜,例如此部分僅為電影蜘蛛人的頭部範圍,若加上身體各個部位,並且考慮與場景中其他物件、背景進行光影互動時,所需花費硬體渲染效能就更高

擬真之後?

當然,進一步提昇擬真效果,並且加速整體運算渲染效率之後,除了可以協助數位內容創作效率提昇,藉此增加更多內容創作生成之外,另一方面的應用則是針對真實物理場景模擬強化,例如透過建立模擬真實場景的3D影像環境,從中模擬日照、空氣流動,甚至水流動向,不但能營造更加擬真的影像應用,例如用於海報製作、車輛設計,或是用於場景重建等。

在此次SIGGRAPH 2018中,NVIDIA便展示與保時捷70週年概念車款設計,藉由Unreal Engine 4與Quadro RTX系列顯示卡效能進行車身流體效率運算,甚至過去也曾透過模擬不同時間日照程度,進而判斷實際日照熱度對於柏油材質的影響。

是藉AI技術更有效率模擬真實場景後,NVIDIA將能以GPU推動更大影像革命的第5張圖

完整3D場景結合真實光影互動效果與物理材質模擬,將更有利於分析可能空氣流動,進而推演更多應用可能

是藉AI技術更有效率模擬真實場景後,NVIDIA將能以GPU推動更大影像革命的第6張圖

藉由模擬方式加快車輛建造速度

除此之外,過往難以在虛擬實境應用中呈現的即時光影互動表現,目前也能藉助於人工智慧技術輔助,讓使用者能在虛擬實境影像內同樣感受貼近真實的光影互動效果,甚至可在建構貼近真實場景之後,藉由物理材質反推呈現符合真實場景的聲音表現,例如先前在SteamVR平台上架的VR Funhouse,便是透過運算推演方式讓聲音能呈現來自不同方位、不同遠近的聽覺效果,但實際上與多數技術團隊打造模擬真實音場表現的作法會有些差異。

而對於一般人而言,則是可以藉由擬真影像技術感受更多視覺衝擊,畢竟現在透過真實拍攝的內容,似乎已經越來越少,彷彿直接透過電腦CG動畫處理即可輕易完成過往必須辛苦拍攝影像,或是創造全新影像表現方式,進而挑戰更多觀眾視覺胃口。

是藉AI技術更有效率模擬真實場景後,NVIDIA將能以GPU推動更大影像革命的第7張圖

大量模擬場景同樣可用於協助建立貼近真實的影像

為遊戲帶來更多可能

回到遊戲應用層面,許多CG動畫應用技術其實都與遊戲相關,特別是在越來越多3D應用內容,同時畫面精細度也越來越高的情況下,對於CG動畫技術應用需求也越來越高,因此原本就是為了遊戲應用而打造的NVIDIA顯示卡,在持續累積諸多遊戲應用相關技術,並且融合專業繪圖相關技術之後,預期也會讓接下來的遊戲應用表現更趨真實,例如今年始終強調的即時光線追跡技術,預期將會直接應用在預計9月14日推出的《古墓奇兵:暗影》。

從先前微軟本身提出DirectX Raytracing (DXR) API資源情況來看,除了配合NVIDIA現行銷售GeForce系列顯示卡,或是使用AMD旗下Radeon系列顯示卡,均可發揮一定程度以上的即時光影互動表現,預期配合採用NVIDIA Turing顯示架構的新卡將能進一步藉由RT Cores,在不佔用過多運算資訊情況下,讓遊戲中的光影互動能有最高表現效果。

《古墓奇兵:暗影》實際遊戲遊玩:

《Battlefield V》實際遊戲遊玩:

而像是先前針對遠端工作互動需求,讓使用者能透過虛擬實境互動、觀看、討論的Holodeck應用服務,過去為了避免增加不必要的運算效能損耗,因此未在虛擬人偶特別加上雙腳部分。但由於新款Turing架構將可進一步藉由人工智慧分析模擬運算,因此能讓系統透過虛擬骨幹連動,配合以標定「地面」與身體核心高度改變,藉此判斷模擬當使用者蹲下,或是進行移動時,在Holodeck應用場景中的虛擬人偶將能呈現對應蹲下或走動的腳步姿態。

雖然現階段看起來自動對應呈現的腳步姿態仍有些不自然,但預期在累積學習數據持續增加之下,將可讓使用者在Holodeck環境中能以正常姿態的四肢呈現,而不會像先前僅有詭異的上半身呈現模式。

更早之前的Holodeck版本:

回應 0

熱門文章

最新消息

本日精選