NVIDIA Omniverse™ 是基於 OpenUSD（通用場景描述）和 NVIDIA RTX™ 技術打造的可擴展計算平台。材質和渲染常見於 Omniverse 的應用程序中，今天帶大家了解下 Omniverse 平台中的材質與渲染。

1. NVIDIA Omniverse 中的材質

NVIDIA Omniverse 中的材質主要由 NVIDIA 材質定義語言 (MDL) 提供支持。

NVIDIA 材質定義語言 (MDL) 是一種着色語言，專門用於定義和描述計算機圖形中材質的外觀。藝術家和開發人員可以通過 MDL 來定義物理屬性、表面特性以及光線的相互作用方式來創建高度逼真的材質。

• 基於物理渲染：MDL 是基於物理的渲染原理，旨在以物理上准確的方式模擬光線行為，創造出與現實世界物質非常相似的材料。

• 模塊化的創建方法：MDL 允許用戶定義稱為材料組件的可重用構建塊。這些組件可以組合和分層，創建出具有不同特性的復雜材料。

• 程序紋理生成：MDL 包含一組豐富的過程紋理函數，可用於基於數字算法生成紋理。這樣就可以創建具有復雜圖案和變化的紋理。

• 可拓展性：MDL 材質為可拓展的，能夠適應不同的細節水平和性能要求。從游戲中的實時渲染到電影和視覺效果中的高質量渲染，MDL 材質可以在各種環境中使用。

• 互操作性：MDL 旨在與各種渲染引擎和應用程序兼容。它為材質交換提供了標准格式，允許在不同的軟硬件平台上共享和使用材料。

▲MDL 金屬材質示例

▲ MDL 服裝材質示例

除了 NVIDIA 自帶的 MDL 材質外，用戶還可以在 NVIDIA Omniverse 中創建、導入、導出和管理材質。

▲ NVIDIA Omniverse USD Composer 材質管理界面演示

2. NVIDIA Omniverse 中的渲染

在 NVIDIA Omniverse 的應用程序中，可以選擇不同的渲染器或渲染器模式。例如，在 NVIDIA Omniverse™ USD Composer 界面的下拉菜單中，就提供了不同的渲染器或渲染模式：

▲ NVIDIA Omniverse USD Composer 渲染模式選擇界面演示

2.1 NVIDIA Omniverse RTX™ Renderer

NVIDIA Omniverse RTX Renderer 是一款可擴展的照片級渲染器，能夠藉助 NVIDIA RTX 技術支持的 GPU 渲染，實現實時光線追蹤和路徑追蹤。NVIDIA RTX 技術是 NVIDIA 在計算機圖形領域的重要先進技術之一，藉助 AI、光線追蹤和模擬方面的增強功能，RTX 技術能夠實現逼真的 3D 設計、模擬和視覺效果。

RTX Renderer 包含兩種渲染模式，實時渲染 (RTX - Real-Time) 和路徑追蹤 (RTX - Interactive (Path Tracing))。兩者具有共同的核心功能，但分別針對不同目標用途。用戶可根據實際需求選擇不同的渲染模式。

2.1.1 共同特徵和功能

• 支持多 GPU 渲染：兩種模式都支持單視圖和多視圖的多 GPU 渲染，能夠在具有多達 16 個 GPU 的單個系統上提供渲染加速。

• 材質：支持渲染基於物理的材質，如 MDL、usdPreviewSurface 材質。

• 燈光：支持渲染數千種類型的動態燈光，無需燈光烘焙，如：球面光、穹頂光、矩形光、圓柱光等。

• 幾何體：支持各種復雜的幾何體，如三角形網格、細分曲面、基礎曲線等。

• 相機屬性：支持靈活的相機鏡頭畸變模型 (fTheta) 等。

• 後處理：支持色調映射、自動曝光、色彩校正、啞光物體、色差、景深、運動模糊、FFT 泛光等。

• 體積渲染：支持 NVIDIA Flow、全局體積效應、快速霧（僅模擬吸收，不包括散射）等。

• 調試視圖：支持各種調試需求，如：AOV、多重遮罩等。

• 紋理流：支持自動化資源管理，例如紋理流，它可以在最佳內存使用情況下進行高分辨率的紋理渲染。

2.1.2 實時渲染 (RTX - Real-Time) 主要功能

與傳統光柵化方法相比，實時渲染 (RTX - Real-Time) 模式能夠高保真實時渲染更多幾何體以及基於物理的材質。

在此模式下，渲染器執行一系列單獨通道來計算不同的照明效果（例如：光線追蹤環境光遮蔽、帶有光線追蹤陰影的直接照明、光線追蹤間接漫反射全局照明、光線追蹤反射、光線追蹤半透明和次表面散射）。每個通道分別去噪，然後合成結果。

由於使用各種着色近似法和優化來保持高幀率，實時渲染 (RTX - Real-Time) 模式的精確度會略低於路徑追蹤 (RTX - Interactive (Path Tracing)) 模式。

• ECO 模式
• 用於超分辨率和幀生成的 NVIDIA DLSS
• 直接照明
• 間接漫反射照明
• 反射
• 半透明性
• 高質量次表面散射，實現照片級真實的皮膚渲染
• 焦散
• 全局體積效應
• 多 GPU 渲染

2.1.3 路徑追蹤 (RTX - Interactive (Path Tracing)) 主要功能

路徑追蹤 (RTX - Interactive (Path Tracing)) 模式下，每幀都使用單個路徑追蹤通道來盡可能多地采樣場景中照明交互的效果。然後使用 NVIDIA OptiX™ AI 加速降噪器進行單個降噪，去噪後再運用泛光和色調映射等後處理效果。

路徑追蹤 (RTX - Interactive (Path Tracing)) 模式是最准確的 NVIDIA Omniverse RTX Renderer 渲染模式。它可以生成照片質量的圖像，但幀率會低於實時渲染 (RTX - Real-Time) 模式。

• 路徑追蹤
• 采樣和緩存
• 抗鋸齒
• Firefly Filtering（「螢火蟲」光斑過濾）
• 使用 NVIDIA OptiX™ AI 加速降噪器進行降噪
• VDB 異構體積
• 全局體積效應
• AOV 分層渲染（任意輸出變量）
• 多遮罩通道
• 具有自動負載平衡功能的多 GPU 渲染

2.2 RTX - Accurate (Iray)

RTX – Accurate (Iray) 是 NVIDIA® Iray® SDK 的 Omniverse 集成。它是一種直觀的、基於物理性質的渲染技術，可為交互式和批量渲染工作流程生成逼真的圖像。RTX – Accurate (Iray) 主要用於創建預測圖像。

RTX – Accurate (Iray) 使用與 NVIDIA Omniverse RTX Renderer 渲染模式相同的 NVIDIA 材質定義語言，但可為光線模擬提供更為物理准確的結果。

用戶可下載 NVIDIA Omniverse SDK 進行體驗：

Omniverse Enterprise 許可和定價 | NVIDIA

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