談?wù)凣PU渲染，我們的未來(lái)，Substance Painter多象限UV貼圖使用方法

題記：
在幾年前，誰(shuí)能夠想象得到今天在網(wǎng)上買的東西，明天就可以送到自己的手里？誰(shuí)能夠想象得到，電腦可以在圍棋上下贏人類？誰(shuí)能夠想象得到，帶上一副眼鏡，無(wú)比真實(shí)的另一個(gè)世界就可以在自己眼前展開？
這些畫面，曾經(jīng)只能在科幻電影里看到，而現(xiàn)在卻居然已經(jīng)成為你我生活的一部分�？苹门c現(xiàn)實(shí)重疊。不知何時(shí)，我們的生活，已然步入了曾經(jīng)的我們口口聲聲訴說(shuō)著的“未來(lái)”。
而GPU渲染領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，對(duì)于我們從事CG渲染工作的同胞們來(lái)說(shuō)，正是一種未來(lái)塌陷為當(dāng)下的具體表現(xiàn)。
要知道，GPU渲染方面技術(shù)的開發(fā)是非常困難的！
我個(gè)人不做開發(fā)，有可能談的問(wèn)題不對(duì)或者不嚴(yán)謹(jǐn)，希望可以拋磚引玉。這篇文章我就從我作為從業(yè)者和個(gè)人藝術(shù)家長(zhǎng)期的使用經(jīng)驗(yàn)角度來(lái)給大家分析一下GPU渲染相關(guān)的很多話題。
GPU渲染真的很快嗎？
是的，超級(jí)快。
首先GPU這個(gè)東西一開始被造出來(lái)，就是為了解決大量運(yùn)算的問(wèn)題。它的特點(diǎn)是運(yùn)算速度超級(jí)快但是邏輯單一，只能處理簡(jiǎn)單的算法，而難以勝任復(fù)雜的工作。比如我們影視從業(yè)者一般搞的那種，一等半小時(shí)渲一張圖的渲染，叫離線渲染。這種渲染因?yàn)樗惴ū容^復(fù)雜，就是GPU以前不能處理的。
所以到底那些開發(fā)人員到底是如何做到讓GPU也慢慢能夠做復(fù)雜的離線渲染，這件事情，我是搞不懂的，就像我也不知道今天在網(wǎng)上買的東西第二天就送到我手上這個(gè)事情背后復(fù)雜的細(xì)節(jié)。我只是明白這種事情就是從無(wú)到有，花費(fèi)很多聰明的大腦多年努力才慢慢做起來(lái)的。困難重重。
而等到GPU真的可以做離線渲染之后，我們的渲染速度就像變魔術(shù)一樣瞬間得到超大幅度的提升。這種提升是由于GPU身體結(jié)構(gòu)天生適合快速運(yùn)算大量數(shù)據(jù)造成的，以前它只是不會(huì)，現(xiàn)在它既然會(huì)了，那么就像脫韁的野馬，你真的想象不到的快。
我拿最近做的一些項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)說(shuō)。之前我們用GPU渲染器做了一部頂級(jí)的電影，簡(jiǎn)稱項(xiàng)目A吧。后來(lái)我們又用arnold這款cpu渲染器做了一部頂級(jí)的tv動(dòng)畫，簡(jiǎn)稱項(xiàng)目B。
做A項(xiàng)目的時(shí)候，我們每天走之前都用本機(jī)掛序列，像全是山體、石頭加怪獸的大場(chǎng)景（少說(shuō)幾億面，數(shù)不盡的8k貼圖），一張渲染時(shí)間不到10分鐘，一晚上跑個(gè)50-100幀都不是問(wèn)題。任務(wù)不緊的時(shí)候都不需要農(nóng)場(chǎng)，序列輕松就跑完了。
做B項(xiàng)目的時(shí)候，因?yàn)楸容^卡通，場(chǎng)景也簡(jiǎn)單很多，試了一下用本機(jī)跑序列，經(jīng)常4+小時(shí)一幀，再也沒人用本機(jī)渲序列了。
我也不給你們說(shuō)到底快多少倍，只跟你們說(shuō)我的使用感受。什么結(jié)論你們自己定吧。
用GPU渲染是不是就等于像游戲一樣，速度快質(zhì)量差？
之前還有人跟我說(shuō)是因?yàn)橛蔑@卡渲染，所以等于是像游戲里那樣的實(shí)時(shí)渲染，所以速度是快了，但是質(zhì)量卻不行。
秉持這個(gè)觀點(diǎn)的人估計(jì)也不少。
我先簡(jiǎn)單說(shuō)一下離線渲染和實(shí)時(shí)渲染的區(qū)別。
離線渲染用的算法都比較接近真實(shí)世界光線的傳播，一個(gè)像素要發(fā)射大量射線去場(chǎng)景里反彈去收集周圍的顏色亮度信息，最終計(jì)算出這一個(gè)像素的顏色。
而實(shí)時(shí)渲染，核心思想就是hack。通過(guò)各種簡(jiǎn)化和作假的算法，做出接近離線渲染的視覺效果。
比如說(shuō)反射，在離線渲染里，就真的是按照光線的傳遞去看周圍是什么東西，再渲到材質(zhì)上面，這樣的結(jié)果就非常準(zhǔn)確。而在實(shí)時(shí)渲染里呢？經(jīng)常會(huì)把周圍的環(huán)境烘焙成一張反射球，經(jīng)過(guò)一定程度的模糊，直接貼在物體表面。這樣看著其實(shí)效果也不錯(cuò)，只不過(guò)遇到動(dòng)的物體會(huì)穿幫（當(dāng)然游戲里還有更多別的解決這些問(wèn)題的方法，這里不討論）。
前文已經(jīng)提過(guò)了，雖然我們的渲染器開始用GPU渲染了，但是是因?yàn)橛⒚鞯拈_發(fā)者想到了辦法，可以讓GPU也用離線渲染的公式去計(jì)算畫面了；而不是改變公式，按實(shí)時(shí)渲染的方法去計(jì)算。所以，我們用的渲染器，雖然用了GPU，仍然還是離線渲染。也就是說(shuō)，速度得到了極大提升，但是和游戲?qū)崟r(shí)渲染的思路還是隔了很遠(yuǎn)，本質(zhì)依然未變。
拓展閱讀：為什么Unreal 4引擎能輕易實(shí)時(shí)渲染出vray要花半天才能渲染出的場(chǎng)景？
那GPU渲染又快又好，就沒有問(wèn)題？
世界上當(dāng)然沒有那么簡(jiǎn)單便宜的事兒。
我最開始從2009年左右，從furry ball、octane、vray rt等渲染器開始關(guān)注GPU渲染的，當(dāng)時(shí)被它們超級(jí)無(wú)敵的渲染速度給折服了。但是那個(gè)時(shí)候的GPU渲染器還很不好用，有非常多的限制。
最大的問(wèn)題有兩個(gè)：
1）不支持離線渲染的高級(jí)效果。
從這點(diǎn)就能看出來(lái)，GPU渲染的開發(fā)還是挺困難的，最開始大家都只能 最開始是不支持毛發(fā)、細(xì)分、置換、車漆、3s、fog color（vray的說(shuō)法，就是透明玻璃的顏色，不過(guò)會(huì)隨著厚度的變化而改變顏色，屬于復(fù)雜材質(zhì)效果）。直到這最近，經(jīng)過(guò)七八年的發(fā)展，所有這些效果都已經(jīng)比較好地支持了。但是還有另外一個(gè)非常嚴(yán)峻的問(wèn)題。
2）對(duì)于顯存利用率的問(wèn)題。
以前我看官方出的GPU渲染視頻，都只是看看，因?yàn)樽约簞?dòng)手嘗試過(guò)幾次，都是因?yàn)轱@卡太弱而渲染速度根本比不上CPU、不然就是直接渲染不出來(lái)。我查過(guò)官方測(cè)試用的配置，至少雙路泰坦，有時(shí)候四路，六路都有，相當(dāng)相當(dāng)大的一筆投資。對(duì)于看我文章的各位，我知道，能掏錢買幾千塊渲染器的都是鳳毛麟角，更何況是投資幾萬(wàn)去買顯卡？？！
為什么GPU渲染這么貴？我發(fā)現(xiàn)主要出在這顯存問(wèn)題上面。比如說(shuō)gtx980的顯卡4GB的顯存，我使用vray rt測(cè)試，渲了一個(gè)簡(jiǎn)單幾萬(wàn)面的模型，加一套4k貼圖，顯存就滿了。
對(duì)于玩游戲的來(lái)說(shuō)，4GB顯存跑大部分大作都尚有余力，但是對(duì)于搞GPU渲染的來(lái)說(shuō)，卻剛剛夠塞牙縫。
測(cè)的就是這個(gè)例子，很簡(jiǎn)單，原諒我圖少，工作忙起來(lái)沒空做個(gè)人的東西。

之后我在工作過(guò)程中有幸接觸到一個(gè)叫做Redshift的神器渲染器，一開始我是拒絕并且不屑的。但是經(jīng)過(guò)一年的使用，我對(duì)這個(gè)渲染器有了深刻的認(rèn)知，使用經(jīng)驗(yàn)也爆炸般膨脹。期間經(jīng)歷了Redshift多個(gè)版本的迭代，從最開始哪哪兒用著都不舒服，哪哪兒都有bug；到后來(lái)慢慢變得越來(lái)越好用，也越來(lái)越穩(wěn)定，它自身瘋狂的渲染速度優(yōu)勢(shì)就開始凸顯出來(lái)。
并沒有說(shuō)Redshift渲染速度比octane 或者vray rt更快。但是在顯存利用率上，Redshift確實(shí)是完爆另外兩款渲染器。
就像不知道他們?cè)趺磳?shí)現(xiàn)的流體渲染一樣。雖然不知道他們是怎么做到的，但是一張gtx980ti的顯卡，就可以當(dāng)別的渲染器少說(shuō)4路泰坦來(lái)使用了。
我自己測(cè)的是這個(gè)例子，秒渲，顯卡就是gtx980。
SP多象限UV貼圖使用方法

看看我做這個(gè)案例的時(shí)候干了什么變態(tài)的事情：

當(dāng)時(shí)為了測(cè)SP的udim和8k，做了一套7張8k貼圖。用rs渲染的時(shí)候，除了系統(tǒng)占了接近一個(gè)G的顯存開銷，還空閑一個(gè)G的顯存，也就是說(shuō)，渲染的進(jìn)程中需要2G就可以渲染6*8 = 48張（height圖沒貼，因?yàn)椴皇翘貏e為了出置換做的，normal貼圖可以取代）8k貼圖。
而之前我用vray rt測(cè)的時(shí)候，4G顯存只能跑4張4k貼圖就夠嗆了。這差距大得及其離譜。雖然說(shuō)這么多年來(lái)，我一直是vray最狂熱的粉絲，甚至拿到過(guò)官方認(rèn)證。我想表達(dá)的是，這篇文章里雖然我一直在說(shuō)vray rt的不是，但是我對(duì)vray本身的熱愛超過(guò)大多數(shù)人，所謂愛之深責(zé)之切。

前段時(shí)間和官方人員聊過(guò)這個(gè)問(wèn)題，他們也承認(rèn)這是非常嚴(yán)重也非常難以解決的問(wèn)題。并且發(fā)給我一些內(nèi)部的測(cè)試版本，在貼圖緩存方面做到了一定提升。但是結(jié)果離Redshift所表現(xiàn)出來(lái)的強(qiáng)悍還是有非常巨大、難以彌補(bǔ)的鴻溝。
從他們積極和我溝通、并且坦誠(chéng)問(wèn)題的態(tài)度可以看出來(lái)。他們也非常想要解決這個(gè)問(wèn)題，也側(cè)面反映了，顯存利用率的問(wèn)題，真的非常困難，創(chuàng)造了這么多奇思妙想的chaos group，至今都沒有拿出良好的解決方案。
到目前這個(gè)時(shí)間點(diǎn)，真正解決了顯存利用率問(wèn)題的只有Redshift一家。只是很多公眾或者公司還沒怎么用過(guò)GPU做渲染，還沒意識(shí)到顯存利用率到底是咋回事兒，所以也還沒意識(shí)到Redshift在GPU渲染領(lǐng)域其實(shí)實(shí)現(xiàn)的是技術(shù)壟斷，暫時(shí)沒有任何渲染器可以取代。不論是質(zhì)量著稱的octane，還是大廠背景的vray rt和iray。
如果你要選擇一款渲染器嘗試開始自己的GPU渲染之路，唯一明智的選擇只有——Redshift
送人送到西，附試用版下載，功能和正式版完全一致，沒有時(shí)間和尺寸的限制，唯一多的就是水印：https://pan.baidu.com/s/1kURDtFh
如果Redshift相關(guān)利益人員看到這篇文章覺得不錯(cuò)，請(qǐng)速度聯(lián)系我發(fā)點(diǎn)廣告費(fèi)啊~ 我寫了這么好的文，一個(gè)子兒都沒有~
關(guān)于渲染質(zhì)量的謠言：
一直有很多人在說(shuō)Redshift雖然快，但是渲染質(zhì)量不行。不然怎么沒有像樣的大片？
我覺得一個(gè)新概念的出現(xiàn)到被廣泛接受，總是要有一個(gè)過(guò)程。Redshift渲染器目前雖然話題挺熱了，但是普及率依然低。很多人都不敢嘗試，都是先觀望，等別人先做點(diǎn)像樣子的東西出來(lái)以后，再考慮要不要進(jìn)入。自然缺少大片作品撐腰。就算vray這種質(zhì)量超高的老牌渲染器，也是最近兩年大作才相對(duì)多了起來(lái)。渲染器本身的質(zhì)量，并不能粗暴地和參與的大片數(shù)量進(jìn)行掛鉤。
因?yàn)殇秩窘纾�用的核心公式就那么些，而且都是公開的，大家都可以拿來(lái)直接用。所以，渲染器本身的質(zhì)量并沒有多么明顯的高下之分。我就只從材質(zhì)角度舉一個(gè)簡(jiǎn)單但非常有說(shuō)服力的例子，大家就都明白了。
現(xiàn)在大家都知道，有一個(gè)開源材質(zhì)庫(kù)叫alshader非常火。而其中的基本材質(zhì)球，alsurface在很早之前就可以被安裝如arnold中使用，大家也是從那個(gè)時(shí)候發(fā)現(xiàn)alsurface的效果非常贊，比arnold自己的3s效果還要好。我就當(dāng)這是大家的一個(gè)共識(shí)。
在最近，arnold、redshift、vray都已經(jīng)內(nèi)置了alsurface這個(gè)材質(zhì)，那也就是說(shuō)，大家都一樣了，如果你使用某一款渲染器做出來(lái)的效果比別的差，只能說(shuō)明你對(duì)這款渲染器的掌握程度不夠好。