gpu - 为什么我们使用CPU而不是GPU进行光线跟踪？

在对光栅化和射线跟踪进行了一些研究之后。我发现互联网上没有太多有关CPU如何进行光线跟踪的信息。我碰到过有关Pixar以及它们如何在CPU上预渲染Cars 2的文章。他们每帧花了11.5个小时。 GPU不会以相同的图像质量更快地渲染吗？
http://gizmodo.com/5813587/12500-cpu-cores-were-required-to-render-cars-2
https://www.engadget.com/2014/10/18/disney-big-hero-6/
http://www.firstshowing.net/2009/michael-bay-presents-transformers-2-facts-and-figures/
干杯，
山姆

最佳答案

我是拥有专有渲染器的大型VFX和动画功能工作室的渲染软件架构师之一(不是Pixar，尽管很久以前我也曾经是那里的渲染软件架构师)。

几乎所有电影的高质量渲染(在所有大型摄影棚中，所有主要渲染器中)都仅CPU。出现这种情况有很多原因。排名不分先后的是一些确实令人信服的文章，它们为您提供了这些问题的味道:

只有所有内容都在内存中时GPU才能快速运行。最大的GPU卡大约有12GB，什么都可以容纳所有。好吧，我们通常以30GB的几何体渲染场景，并引用1TB或更多的纹理。无法将其加载到GPU内存中，这实际上是两个数量级太大。因此，GPU根本无法处理我们最大(甚至平均)的场景。 (使用CPU渲染器，我们可以在需要时随时从磁盘分页。GPU并不擅长于此。)

不要相信通过GPU进行的炒作，光线追踪并不能明显胜过CPU。 GPU非常擅长于高度一致的工作(一次对大量数据执行相同的操作)。光线跟踪非常不连贯(每个光线可以朝不同的方向，与不同的对象相交，对不同的 Material 进行着色，访问不同的纹理)，因此这种访问模式会严重降低GPU性能。直到最近，GPU光线跟踪才可以匹配基于CPU的最佳光线跟踪代码，即使它已经超越了它，但扔掉所有旧代码并以适用于GPU的易碎易碎代码重新开始还不足够，还不够。 。而最大，最昂贵的场景就是GPU仅略微更快的场景。在轻松的场景中加快速度并不是真正重要的事情。

如果在基于CPU的渲染器中有50或100个人年的生产硬化代码，则只需将其丢弃并重新开始以使速度提高2倍即可。软件工程的工作量，稳定性等更为重要，并且成本因素也更大。

同样，如果您的工作室对拥有20,000个CPU内核的数据中心进行了投资，并且全部采用了最小，最省电，最节能的外形尺寸，那么这也是一笔沉没的成本投资，您不会立即放弃。用包含顶级GPU的新机器替换它们会极大地增加渲染场的成本，并且它们更大并且产生更多的热量，因此从字面上看可能不适合您的建筑物。

Amdahl定律:实际的“渲染”本身只是生成场景的一个阶段，GPU对此无济于事。假设完全生成场景并将其导出到渲染器需要1个小时，“渲染”需要9个小时，在这9个小时中，有一个小时是从磁盘读取纹理，体积和其他数据。因此，在用户体验渲染的全部10个小时中(按下按钮直到准备好最终图像)，GPU可能会加快8个小时。因此，即使那部分GPU的速度是CPU的10倍，您的运行时间也从10小时变为1 + 1 + 0.8 =近3小时。因此10倍GPU加速仅转化为3倍实际增益。如果GPU的光线追踪速度比CPU快1,000,000倍，那么您仍然会有1 + 1 +小，这只是5倍的加速。

但是游戏有什么不同？为什么GPU适用于游戏而非电影？

首先，当您制作游戏时，请记住它必须实时渲染-这意味着您最重要的限制是60Hz(或任何其他水平)的帧频，并且您牺牲了必要的质量或功能来实现这一目标。相比之下，对于电影来说，牢不可破的局限性是使导演和视觉特效总监对他或她想要的质量和外观以及要花多长时间(在一定程度上)感到满意。

另外，在游戏中，您要逐帧渲染帧，并在每个用户面前进行渲染。但是对于电影来说，您实际上是在一次渲染，并且传递给电影院的是一个电影文件-所以看电影的人永远不会知道或不在乎每帧是否花费了您10个小时，但他们会注意到它看起来是否不好。因此，只要效果好，那些花费较长时间的渲染就不会受到任何惩罚。

玩游戏时，您实际上并不知道要渲染什么帧，因为玩家可能在世界各地徘徊，几乎可以在任何地方观看。您不能也不应该尝试使其完美无缺，而只是希望它一直都足够好。但是对于电影来说，镜头都是手工制作的!每个镜头的合成，动画制作，光照和合成都花费了大量的时间，然后您只需要渲染一次即可。考虑一下经济性-一旦10天的日历(和薪水)投入照明并正确地合成了镜头，在一个小时(甚至一分钟)而不是一夜之间进行渲染的优势就很小了，不值得图像质量或可达到的复杂性的任何牺牲。