NVIDIA Omniverse 是基于 OpenUSD（通用场景描述）和 NVIDIA RTX 技术打造的可扩展计算平台。材质和渲染常见于 Omniverse 的应用程序中，今天带大家了解下 Omniverse 平台中的材质与渲染。

1. NVIDIA Omniverse 中的材质

NVIDIA Omniverse 中的材质主要由 NVIDIA 材质定义语言 (MDL) 提供支持。

NVIDIA 材质定义语言 (MDL) 是一种着色语言，专门用于定义和描述计算机图形中材质的外观。艺术家和开发人员可以通过 MDL 来定义物理属性、表面特性以及光线的相互作用方式来创建高度逼真的材质。

• 基于物理渲染：MDL 是基于物理的渲染原理，旨在以物理上准确的方式模拟光线行为，创造出与现实世界物质非常相似的材料。

• 模块化的创建方法：MDL 允许用户定义称为材料组件的可重用构建块。这些组件可以组合和分层，创建出具有不同特性的复杂材料。

• 程序纹理生成：MDL 包含一组丰富的过程纹理函数，可用于基于数字算法生成纹理。这样就可以创建具有复杂图案和变化的纹理。

• 可拓展性：MDL 材质为可拓展的，能够适应不同的细节水平和性能要求。从游戏中的实时渲染到电影和视觉效果中的高质量渲染，MDL 材质可以在各种环境中使用。

• 互操作性：MDL 旨在与各种渲染引擎和应用程序兼容。它为材质交换提供了标准格式，允许在不同的软硬件平台上共享和使用材料。

MDL 金属材质示例

MDL 服装材质示例

除了 NVIDIA 自带的 MDL 材质外，用户还可以在 NVIDIA Omniverse 中创建、导入、导出和管理材质。

NVIDIA Omniverse USD Composer 材质管理界面演示

2. NVIDIA Omniverse 中的渲染

在 NVIDIA Omniverse 的应用程序中，可以选择不同的渲染器或渲染器模式。例如，在 NVIDIA Omniverse USD Composer 界面的下拉菜单中，就提供了不同的渲染器或渲染模式：

NVIDIA Omniverse USD Composer 渲染模式选择界面演示

2.1 NVIDIA Omniverse RTX Renderer

NVIDIA Omniverse RTX Renderer 是一款可扩展的照片级渲染器，能够借助 NVIDIA RTX 技术支持的 GPU 渲染，实现实时光线追踪和路径追踪。NVIDIA RTX 技术是 NVIDIA 在计算机图形领域的重要先进技术之一，借助 AI、光线追踪和模拟方面的增强功能，RTX 技术能够实现逼真的 3D 设计、模拟和视觉效果。

RTX Renderer 包含两种渲染模式，实时渲染 (RTX - Real-Time) 和路径追踪 (RTX - Interactive (Path Tracing))。两者具有共同的核心功能，但分别针对不同目标用途。用户可根据实际需求选择不同的渲染模式。

2.1.1 共同特征和功能

• 支持多 GPU 渲染：两种模式都支持单视图和多视图的多 GPU 渲染，能够在具有多达 16 个 GPU 的单个系统上提供渲染加速。

• 材质：支持渲染基于物理的材质，如 MDL、usdPreviewSurface 材质。

• 灯光：支持渲染数千种类型的动态灯光，无需灯光烘焙，如：球面光、穹顶光、矩形光、圆柱光等。

• 几何体：支持各种复杂的几何体，如三角形网格、细分曲面、基础曲线等。

• 相机属性：支持灵活的相机镜头畸变模型 (fTheta) 等。

• 后处理：支持色调映射、自动曝光、色彩校正、哑光物体、色差、景深、运动模糊、FFT 泛光等。

• 体积渲染：支持 NVIDIA Flow、全局体积效应、快速雾（仅模拟吸收，不包括散射）等。

• 调试视图：支持各种调试需求，如：AOV、多重遮罩等。

• 纹理流：支持自动化资源管理，例如纹理流，它可以在最佳内存使用情况下进行高分辨率的纹理渲染。

2.1.2 实时渲染 (RTX - Real-Time) 主要功能

与传统光栅化方法相比，实时渲染 (RTX - Real-Time) 模式能够高保真实时渲染更多几何体以及基于物理的材质。

在此模式下，渲染器执行一系列单独通道来计算不同的照明效果（例如：光线追踪环境光遮蔽、带有光线追踪阴影的直接照明、光线追踪间接漫反射全局照明、光线追踪反射、光线追踪半透明和次表面散射）。每个通道分别去噪，然后合成结果。

由于使用各种着色近似法和优化来保持高帧率，实时渲染 (RTX - Real-Time) 模式的精确度会略低于路径追踪 (RTX - Interactive (Path Tracing)) 模式。

• ECO 模式
• 用于超分辨率和帧生成的 NVIDIA DLSS
• 直接照明
• 间接漫反射照明
• 反射
• 半透明性
• 高质量次表面散射，实现照片级真实的皮肤渲染
• 焦散
• 全局体积效应
• 多 GPU 渲染

2.1.3 路径追踪 (RTX - Interactive (Path Tracing)) 主要功能

路径追踪 (RTX - Interactive (Path Tracing)) 模式下，每帧都使用单个路径追踪通道来尽可能多地采样场景中照明交互的效果。然后使用 NVIDIA OptiX AI 加速降噪器进行单个降噪，去噪后再运用泛光和色调映射等后处理效果。

路径追踪 (RTX - Interactive (Path Tracing)) 模式是最准确的 NVIDIA Omniverse RTX Renderer 渲染模式。它可以生成照片质量的图像，但帧率会低于实时渲染 (RTX - Real-Time) 模式。

• 路径追踪
• 采样和缓存
• 抗锯齿
• Firefly Filtering（“萤火虫”光斑过滤）
• 使用 NVIDIA OptiX AI 加速降噪器进行降噪
• VDB 异构体积
• 全局体积效应
• AOV 分层渲染（任意输出变量）
• 多遮罩通道
• 具有自动负载平衡功能的多 GPU 渲染

2.2 RTX - Accurate (Iray)

RTX – Accurate (Iray) 是 NVIDIA Iray SDK 的 Omniverse 集成。它是一种直观的、基于物理性质的渲染技术，可为交互式和批量渲染工作流程生成逼真的图像。RTX – Accurate (Iray) 主要用于创建预测图像。

RTX – Accurate (Iray) 使用与 NVIDIA Omniverse RTX Renderer 渲染模式相同的 NVIDIA 材质定义语言，但可为光线模拟提供更为物理准确的结果。

用户可下载 NVIDIA Omniverse SDK 进行体验：

Omniverse Enterprise 许可和定价 | NVIDIA

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