造福產品開發、建築設計產業, NVIDIA 以材質定義語言與 Iray 渲染使照片仿真技術不再是大企業專屬

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藉由電腦繪圖運算的照片仿真技術在業界並不是甚麼創新技術,現在不少商品的型錄早已使用照片仿真取代商品拍攝,不過由於技術門檻與硬體建置成本等問題,以及材質與光影的模擬,多半需要大企業才有辦法進行複雜的照片仿真;而提到材質與光影,也因為產業尚未對 3D 開發的材質做標準化的規範,即便在某套軟體完成材質與光影模擬,在另一套軟體仍無法沿用先前的開發成果。

然而 NVIDIA 最近做了一項重大宣布,將 Iray 技術於 NVIDIA 線上商店上架,讓設計師、藝術家以及建築師能夠透過加值服務的方式,享受到一系列專業級的渲染技術,且 NVIDIA 透過插件的方式使 Iray 可於多款業界常用的專業 3D 軟體,包括 3ds Max 、 Maya 等,更重要的是 NVIDIA 也推出材質定義語言 ( MDL ),將各種模擬材質結合 Iray 的光線追蹤技術,提供跨軟體的材質與光線模擬,使設計者可因應不同階段的需求,透過 Iray 與 MDL 材質獲得一致性的照片仿真效果。

Iray 擴充插件服務採用年租賃制,可試用 90 天,每年費用為 295 美金,按主機數量計費;除了 Iray 服務外, NVIDIA 也預計提供可把安裝 Iray 服務的工作站進行分散式渲染的 Iray Server 技術測試版,預計 2016 年推出正式版。

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NVIDIA 表示, Iray 技術隸屬於 Quadro 的一環,而 Quadro 至今已經跳脫硬體層面,是一項從硬體到軟體的視覺運算解決方案,藉由 Quadro 所提供的技術與軟體,從 CG 、硬體設計、建築、資源探勘到醫療等,提供基於視覺運算的技術。而 Iray 則是 NVIDIA 針對終端使用者所提出的光線追蹤技術。

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在過去缺乏光線追蹤以及材質定義的開發環境下,產品設計開發僅能透過如上圖被戲稱"小丑色彩 ( Clown Colors )"的鮮豔色塊個別表示不同材質,最後再將完成初步開發的機構圖用具備材質模擬的渲染軟體進行照片仿真,但最大的問題在於開發端無法反映材質在真實環境下的效果,得需要等候端照片仿真完成後再進行檢視,萬一效果與預期有落差,小則改變顏色、大則需要更換材質,就需要重新送回前端設計。

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為了解決這樣的問題,就要設法把各種光線於不同材質做更統一的定義,才能讓前端設計者能夠在其軟體更先看到未來產品在不同材質、顏色下的效果,而後要搭配其它的 3D 繪圖軟體時,也能看到相同的視覺效果;要使照片仿真更逼真,光線折射與反射在不同材質所能呈現的特性與表達方式相當重要,對某些大企業而言,他們也許可為了所需去定義自己的材質與光線效果,但對於中小企業來說,他們並沒有多餘的資源去做這樣的材質定義。

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而 NVIDIA 為了使設計相關產業能夠更容易獲得照片仿真技術並感受因照片仿真技術帶來的開發流程加速,故以 Iray 結合 MDL 材質定義語言的方式,透過加值方式提供開發者插件,使各個支援 Iray 插件的繪圖軟體,都能透過 MDL 所定義的材質庫在不同的軟體下享受相同的照片仿真技術。

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且 MDL 並不是一個私有的標準, NVIDIA 在 Iray 服務中提供了由 NVIDIA 所認證與定義的 200 種以上的 vMaterial 材質,供訂閱 Iray 服務的使用者免費使用,但同時也提供第三方單位提供符合 MDL 規範的材質,甚至可透過第三方工具自行創造材質,這些第三方材質也可由供應者選擇是否收費或是開源。

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而且 MDL 並不僅限於 Iary ,同時也可相容包括 mental ray 、 Chaos Group V-Ray 等機於物理模擬的光線追蹤技術,意味著 MDL 能夠在更多的開發環境中被使用;當通用的數位材質以及光線追蹤技術所呈現的效果能夠被標準化,也能使商品設計的流程更為迅速。

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以商品開發為例,如 NVIDIA 的 Shield Console ,在初期開發時不僅可模擬實際商品在自然環境下呈現的效果,甚至對於 Shield Console 的 LED 燈與導光棒的視覺效果也可藉由模擬的方式,利用最少的 LED 燈,使機身上的綠光能均勻且不會出現局部偏亮的情況。

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像是這款電鑽,也是很好的例子,設計師在開發前端就可以試著搭配不同的材質、顏色,並檢視在不同的光影所呈現的視覺狀況。

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除了商品設計,建築業也能透過 Iray 以及 MDL 做設計最佳化的開發; NVIDIA 未來的新總部的承包建築事務所 Gensle ,就是透過 Iray 與 MDL 預先打造未來總部的樣貌,透過高達 5,000 盞的虛擬光源,模擬各種光影下建築物呈現的效果;而這不光只是用於預覽建築未來的樣貌,同時對於調整建築物的採光、打造綠建築等,都有相當重要的目的性;此外再搭配地震模擬、流體力學、數位風洞等真實環境模擬,可在動工前就盡可能使建築達到最好的效果。

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這樣的預先模擬對於大型建築是相當重要的,不知道還有多少人記得 2013 年在英國所發生的一起離奇火燒車事件,後來歸咎原因是因為一棟造型類似對講機呈現弧形的大樓,因其特殊的弧度加上玻璃材質導致的聚光效果所造成,而透過 Iray 與 MDL 的方式,能夠將光線的強度轉換為熱能模擬,事前避免這樣的情況發生。

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此外,針對複雜渲染運算的需求,也可使用於 2014 年所發表的 Iray VCA 工作站,藉由多 GPU 甚至跨 VCA 的方式,加速渲染運算的速度。

對於中小型設計工作室,通常會有一台以上的工作站,不過這些工作站不見得會同時運作,也就有了所謂的閒置運算資源;而 NVIDIA 也將針對這樣的情況,推出所謂的 Iray Server 分散式渲染應用的計畫,這是透過將搭載 Iray 服務的工作站進行分散式渲染,透過多台具 Uray 服務的工作站達到類似 Iray VCA 的效果。

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然而,對於更專業的應用開發者, Iray 也僅不過是其中一項隸屬於 DesignWorks 的視覺運算功能,像是流體力學演算、高畫質影片編碼、 甚至 VR 等應用;而 VR 對於未來的設計開發,也將是相當重要的一環,透過 VR 的方式使開發者、委託商品開發的客戶,能以更逼真的方式端看虛擬商品。

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雖然談到 VR ,目前多半以娛樂與遊戲的角度觀看,但實際上,無論是虛擬設計預覽、虛擬勘景、虛擬展示中心、虛擬訓練甚至虛擬手術等,都能透過 VR 的方式達到更好的效果,而 Quadro 視覺運算解決方案也早已是 VR Ready ,為 VR 在娛樂之外帶來更多可能性。

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