「极客公开课·Live」5 分钟带你复习英伟达 GPU 如何帮助设计师提升视觉效果

「极客公开课·Live」5 分钟带你复习英伟达 GPU 如何帮助设计师提升视觉效果

这是极客公园「极客公开课 · Live」第六期的活动,来自英伟达中国区解决方案架构师李浩南和我们分享了英伟达 GPU 在人工智能,VR 等领域的各种创新,并重点从设计、渲染、虚拟现实以及可扩展的可视化解决方案四个方面。

什么是「极客公开课」?

1 位技术产品大牛和 10 位优秀技术产品人围绕技术产品相关话题,面对面深度分享和讨论,共同创造更优的知识与更高的学习效率。

而现在,这种深度的交流方式属于每一个人,知乎 Live 同步线上实时问答,随时随地参与提问互动,与数百人共创一本知乎 live 版的「课堂笔记」

每周 1 次,全年 50 场,极客公开课,推动产品人的自我迭代

以下为本期课堂笔记精华摘要:

GPU:Quadro

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什么是 Quadro?

在专业视觉可视化这个领域,我们英伟达的 GPU 有一个产品叫做 Quadro,我不知道大家线上和线下的朋友是否听说过,那么 Quadro 是什么?我们用一句话给它归纳起来,Quadro 是世界上最先进、最值得信赖的视觉计算平台,它是用来解决我们在专业领域中最复杂的视觉计算。我们所说的专业领域有哪些,下面列了一些,做了一些涵盖,也就是说我们 Quadro 的 GPU 主要在这八大行业、八大领域,跟这些领域中的我们称之为 ISV 独立软件供应商进行深度的合作。这八个领域,比如说产品设计这一块,大家可以看到很多常见的做 Catia 设计的一些软件;还有数据内容创作、地理信息系统和建筑领域,这是金融服务,这个是数字电路板的设计、石油、能源、医疗和计算机辅助工程,在这些领域里面有众多的软件厂商,对于我们的 QuadroGPU 是我们的 ISV 独立软件供应商,我们的 Quadro 从它诞生的那天起,就和这些 ISV 密不可分,进行深度的合作、测试、认证和优化。幻灯片04.jpg

首先 NVIDIA 的 Quadro 的 GPU 和 NVIDIA 的 GEFORCE 的 GPU 本身定位就不一样,Quadro 的定位就在我们的专业应用设计领域,就是刚才我们强调的几大行业领域的 ISV 的应用,我们是为他们进行设计的。那么我们的 GEFORCE 是专门为游戏设计的,所以可以从三个层面看一下,针对于这些 ISV 应用的加速流程,首先有认证和优化,同时我们还会提供一些高级的专业功能,比如说在医疗影像这块,像 GE 医疗、像西门子医疗,它的应用就需要我们显卡的显存支持 ECC 既有较验的功能。我们在中高端的显卡下,启用了 ECC 的较验功能。再比如说一些可视化的项目里面,需要有多个节点的显示能力的设备进行信号同步的拼接,我们提供了有效的 SY 同步的功能。幻灯片07.jpg

所以 Quadro 和 GEFORCE 的区别,本身从英伟达厂家这块来讲的话,在设计上产品定位就不一样,Quadro 就是定位于专业的应用领域,针对于专业应用领域的 ISV 的应用进行设置和优化,启动也是为他们来服务的;GEFORCE 就是针对于我们主流的游戏平台、游戏引擎去做应用和优化。所以你可能会拿 Quadro 玩游戏,你可能花了更多的钱,相反还没有比它便宜的 GEFORCE 显卡玩游戏玩的顺畅。详细讲解请见知乎 Live 视频直播幻灯片12.jpg

大家可以看到我们今天的这台机器,在这个会议室里面除了我讲话,我不讲话的时候大家有没有听到这台机器的声音,它其实可以利用我们的 GP100 在图形工作站里面去打造一个个人的开发平台,比如说可以用来做像人工智能相关的应用,非常安静放在我们周边,而且它的运算性能非常高,以人工智能常用的深度学习的计算性能来讲,两块显卡是可以提供 20 个 T 的单晶度的计算能力,同时可以支持 Linux。我们看一下 CAD/CAE 的应用。在 CAD/CAE 的里面简单的去看一下它的设计仿真一体化的流程,通常来讲,比如说我们在单台的工作站来讲,是运行了 CAD 设计软件,你可以在上面建模、结构的设计,设计好的模型,你可能需要仿真的处理,通常来讲在 CAE 这个地方,我们是有三个工作流,首先是进行前处理,比如说把模型导进去,进行网格的切分,切分成相应的网格以后,然后赋予它相应的参数,然后用 CAE 的仿真模块,来进行计算。算完的结果再导入到 CAE 的后处理模块来进行可视化,可视化的结果以后,会发现设计上是有问题的,再进行重新设计,这是整个的闭环流程。

在这个流程里面,其实是需要有多台设备的,比如说 CAE 的设计、CAE 的前处理、后处理是需要有像图形工作站来进行参与的,在有些人分析的过程,可能是需要我们后面的集群服务器来进行预算的。今天利用我们的 GP100 在特定的 CAE 应用里面,我们可以把设计前处理、后处理跟有限源分析计算把它整合在一台,像今天这样的工作站来进行实现,也就是我们把三维设计和模拟仿真把它合在一起。详细讲解请见知乎 Live 视频直播幻灯片17.jpg

大家可以看到我现在演示的,大家觉得这是实际的物理样机的照片,还是我们用渲染的方式来做的数字样机的效果?这是数字样机,这是我们在 GTC2014 的时候,在现场展示的本田雅阁轿车的数字原型机,它所有的这里面是基于物理真实感材质,渲染出来的一个 CG 的效果图,不是一个真实的机器。

那么其实这又是我们城市工业设计的设计师愿景,去实现具有物理真实感的实时交互的一个渲染效果。要想达到这个效果,其实 NVIDIA 是提供了一系列的高级渲染工具,里面我们做了一个总结,大家看到左上角是 mental ray,它是我们在多年前收购的德国的公司的产品 mental ray 公司的产品。mental ray 它在业界来讲的话,其实我们大家能够叫上名很多的影片都是来自于 mental ray 的渲染,比如说《终结者》、《绿巨人》、《星球大战》,其实这些都是由 mental ray 来渲染的,只不过当年的 mental ray 是纯 CPU 的渲染器,今天我们发布的最新的 mental ray3.14 版本是利用了右边的 NVIDIA 的 OPTIX,这是一个基于 GPU 的光线追踪引擎的开发工具,利用 OPTIX,我们对 mental ray 进行了改造,最新的 mental ray3.14 版本可以实现 CPU+GPU 的混合加速,也就是说我们在新的 mental ray 里面,去用了 GInext 的全局光照引擎去替代了之前的××003741 的渲染引擎,最新的 mental ray 的 GINext 的全球光照引擎是可以支持 CPU+GPU 渲染加速。

那么 mental ray 主要是面向影视娱乐传媒,做电影、做动漫,可以利用 mental ray 进行 CPU+GPU 的混合渲染。Iray 是我们基于 mental ray 重新做了一个纯 GPU 的渲染器,叫 NVIDIA Iray 渲染器。Iray 在整个的业界里面已经存在了 7 年,我们最早是跟很多的工业设计软件去做一些集成的,像这里面大家可以看到的这些做 CAD 的设计软件,里面的渲染模块就是集成了 NVIDIA Iray 的渲染技术,我们去年又针对于 Iray 提供了独立的一些插件包。幻灯片19.jpg

 另外一个案例大家可以看一下,2013 年 8 月份的某天中午,这是在英国伦敦有一个 38 层的大楼,这个大楼叫做对讲机大楼,这个大楼因为湾区的玻璃幕墙的设计,在 2013 年的时候,由于湾区的玻璃幕墙所反射的炙热的太阳光的光线,把停在大楼街道对面的一辆捷豹轿车的顶棚和反光镜给烧坏了,因为这个事情车主控告了大楼的业主,大楼还因为这个打了官司。因为这个案例当地人把这个大楼不再叫对讲机大楼,而是改叫为摩天煎楼,它所产生光线叫做死亡光线,通常来讲我们在建筑领域为了避免这种悲剧的产生,通常是要去,在我们的设计软件里面构建光线反射模型,但是大家知道构建光线反射模型,如果你用 CPU 来做是非常耗时、耗力的过程,是需要大量的 CPU 来做的。今天利用我们的 Iray,利用我们 GPU 强大的并行计算能力,我们可以很方便的在单台工作站里面就可以快速的构建光线反射模型。详细讲解请见知乎 Live 视频直播幻灯片22.jpg

接下来看一下 VR,VR 我们介绍一下对图形要求,大家知道左边是我们普通的场景,比如说普通的三维应用、普通的游戏应用,一般来讲就是 2K 分辨率,30 帧,一般对于游戏、对于普通的三维应用达到 60 帧就是一个非常好的应用了,但是 60 帧的应用对于我们 VR 虚拟现实的应用来讲,是一个不合格、不及格的应用,因为今天的 VR 应用至少要达到 90 帧,才算是及格的。而且大家可以看到,像 VR 的应用,是 90 帧的帧率,还是构建在左眼一副画面,右眼一幅画面两幅画面渲染的情况下,刚才我们公开课之前大家体验了头盔,头盔现在是 2K 分辨率,但是对于 VR 应用的制作者来讲,你可能要考虑到一些形变的效果处理、裁减的处理。所以你在制作的时候,往往要制作成 3K、4K 的影像,再去做一些形变的裁减,达到 2K 的效果。其实在我们真正的制作过程中往往是超过了 2K,而且是左眼一帧、右眼一帧,而且分辨率要达到 90 帧。所以对于 VR 的应用来讲,它对于帧率的要求是非常高的。幻灯片35.jpg

本次公开课以展示为主,可以扫描下方二维码查看获取:

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