 （GPU光線(xiàn)追跡和分析）> 支持的功能
概要
實(shí)體分析
表面分析
探測器實(shí)體
方向分析實(shí)體
結果節點(diǎn)分析
膜層
分布計算
幾何體
表面
表面屬性
非表面幾何體節點(diǎn)
關(guān)鍵字
數值精度
光線(xiàn)
光線(xiàn)類(lèi)型
光線(xiàn)屬性
光線(xiàn)追跡路徑
光線(xiàn)追跡屬性
散射
散射模型
重點(diǎn)采樣
腳本
光源
光譜
表面粗糙度
分析實(shí)體
分析表面
GPUs不支持并會(huì )忽略分析表面。當在GPUs使用光線(xiàn)追跡時(shí)，應該使用平面類(lèi)型探測器實(shí)體而不是分析表面。
探測器實(shí)體
如果在模型中存在一個(gè)配置正確且支持的探測器實(shí)體（DE）類(lèi)型，GPU光線(xiàn)追跡可以使用它生產(chǎn)分析結果節點(diǎn)（ARNs）。下表逐條列出了GPUs所支持的探測器實(shí)體類(lèi)型。任意未支持的DE類(lèi)型或者未支持的參數都會(huì )被GPUs忽略。
每個(gè)探測器實(shí)體使用一系列參數來(lái)定義其尺寸、像素分辨率以及計算類(lèi)型等。下面的表格列出了GPU支持的每個(gè)參數。
1. 配置了“illuminance”分析的探測器實(shí)體不會(huì )執行所要求的分析，但如果“Abosorb rays”標志設置未True則會(huì )使GPU上的光線(xiàn)停止。
2. 光線(xiàn)濾波器
a. 在GPUs上，僅當計算時(shí)間設置為“at trace end”模式，才會(huì )應用DE上的光線(xiàn)濾波器標準。在“During Trace”模式下，光線(xiàn)濾波器會(huì )被忽略，并且所有被DE截斷的光線(xiàn)都會(huì )包含在結果中。
b. 在Monte-Carlo模式下，在光線(xiàn)追跡的最后可以獲得所有的光線(xiàn)并進(jìn)行光線(xiàn)過(guò)濾處理。
c. 在光線(xiàn)分裂模式下，在光線(xiàn)追跡末端僅能夠獲取”母”光線(xiàn)并進(jìn)行光線(xiàn)過(guò)濾處理。這意味著(zhù)，例如，當GPUs上的光線(xiàn)追跡為光束分裂模式時(shí)，其不能使用光線(xiàn)濾波器分理處“子“散射光線(xiàn)。不推薦在光線(xiàn)分裂模式下使用光線(xiàn)濾波器。
d. 在探測器實(shí)體方面，光線(xiàn)過(guò)濾應用的基本標準是光線(xiàn)必須被DE攔截。例如，若一個(gè)DE的光線(xiàn)過(guò)濾為“散射光線(xiàn)“模型，預期只有與DE相交的散射光線(xiàn)才會(huì )對結果分析有貢獻。
e. 光線(xiàn)過(guò)濾對每條光線(xiàn)進(jìn)行屬性操作。通過(guò)對GPU光線(xiàn)追跡模式使用如下規則，以進(jìn)行光線(xiàn)屬性測試并與光線(xiàn)關(guān)聯(lián)：
追跡CPU光線(xiàn)模式
i. 光線(xiàn)通過(guò)CPU光線(xiàn)緩沖區進(jìn)行創(chuàng )建并初始化所有光線(xiàn)屬性
ii. 光線(xiàn)復制到GPU光線(xiàn)并用于追跡
iii. 光線(xiàn)在GPU上進(jìn)行追跡
iv. 光線(xiàn)從GPU中復制回到其在CPU光線(xiàn)緩沖區的原始光線(xiàn)
v. GPU不支持的任意的CPU光線(xiàn)屬性都跟初始值意義
vi. 相應地，使用GPU不支持的屬性的任意過(guò)濾操作都將在原始不變的CPU光線(xiàn)數據上進(jìn)行測試
追跡GPU光線(xiàn)模式
i. GPU上創(chuàng )建的光線(xiàn)具有GPU支持的屬性
ii. 光線(xiàn)在GPU進(jìn)行追跡
iii. 光線(xiàn)從GPU復制到一個(gè)臨時(shí)默認的CPU光線(xiàn)
iv. 相應地，任何使用GPU不支持的屬性的過(guò)濾操作都將測試默認光線(xiàn)的設置
方向分析實(shí)體
方向分析實(shí)體（DAEs）將會(huì )在一個(gè)GPU光線(xiàn)追跡的最后自動(dòng)生成一個(gè)分析結果節點(diǎn)（ARN）。一個(gè)DAE光線(xiàn)選擇的標準會(huì )在光線(xiàn)追跡結束時(shí)使用，這樣計算時(shí)間等同于一個(gè)探測器實(shí)體構造的“追跡終止“模式。請參考探測器實(shí)體部分文檔以獲得GPUs光線(xiàn)評價(jià)標準更完整的描述。
分析結果節點(diǎn)
如果在模式中激活了一個(gè)正確配置的探測器實(shí)體（DE）或者方向分析實(shí)體（DAE），則GPUs可以生成分析結果。如果一個(gè)正確配置的DE或者DAE出現在GPU光線(xiàn)追跡中，在GPU光線(xiàn)追跡結束時(shí)，分析結果節點(diǎn)將會(huì )添加到FRED文檔對象樹(shù)。
膜層
下方的表格逐條列出了如何指定膜層類(lèi)型以使用GPUs進(jìn)行處理。在GPUs上的膜層不會(huì )有透射或者反射相位系數，空間相關(guān)性或者偏振相關(guān)性。透射和反射功率系數將會(huì )作為S和P偏振的平均值進(jìn)行計算。
1. 反射和透射會(huì )忽略相位條件。
2. 簡(jiǎn)單表格搜尋（最近鄰值）不包含角度插值。透射和反射是S和P分量的平均值。
3. 近似為一種入射材料為空氣，基板材料為簡(jiǎn)單玻璃的一般采樣膜層類(lèi)型。對于所有激活的光源的每個(gè)激活的波長(cháng)，膜層將會(huì )在方向余弦0到0.9999之間采樣8個(gè)角度。
4. 對于所有的偏振態(tài)，將會(huì )100%傳播。
分布計算
當使用FRED的分布式計算功能時(shí)，可以使用遠程節點(diǎn)進(jìn)行GPU光線(xiàn)追跡。
幾何體
表面
當在GPUs上描述一個(gè)表面時(shí)，既可以進(jìn)行精確描述，也可以進(jìn)行近似描述。對于一個(gè)精確描述的給定表面，需要滿(mǎn)足以下要求：
• 表面類(lèi)型具有一個(gè)GPU實(shí)現
• 表面可追跡
• 沒(méi)有應用表面修剪參數
• 沒(méi)有使用點(diǎn)乘表面修建參數
• 表面不是布爾實(shí)體單元
當上述條件不符合一個(gè)給定的表面，在GPUs上使用三角網(wǎng)格來(lái)近似的描述表面（此處可認為是CAD的*.OBJ或者*.STL格式）。
將一個(gè)表面網(wǎng)格化一般會(huì )降低表面描述精度（除了網(wǎng)格化平面表面的情況），且跟CPU追跡結果相比，在GPU追跡中會(huì )成為錯誤的來(lái)源。
當一個(gè)表面使用三角網(wǎng)格近似時(shí)，用于近似表面的三角塊是從兩種不同的來(lái)源并根據表面類(lèi)型來(lái)進(jìn)行采集的。
• 隱式表面是由一個(gè)函數形式，f(x,y,z)來(lái)進(jìn)行定義的。例如，球體、圓錐和柱體都是隱式表面。
• 顯式表面是由參數化形式，f(u,v)來(lái)定義的。例如，直紋表面、拉伸表面和朗伯面都是顯式表面。
對于三角網(wǎng)格近似：
• 隱式表面使用內部算法，最終用戶(hù)不能獲得其控制的參數。用戶(hù)無(wú)法訪(fǎng)問(wèn)提高網(wǎng)格質(zhì)量的控鍵。
• 顯式表面使用FRED的3D查看器中的三角塊。使用FRED的可視化屬性對話(huà)框增加曲面細分會(huì )在GPUs上生成更高質(zhì)量的近似表面。
下面表格指出了哪些表面類(lèi)型具有精確的GPU實(shí)現，哪些使用三角網(wǎng)格近似。
1. 僅當前端和后端的半孔徑是理想（例如，柱脊沿Z軸為常數）情況下，則可完全支持柱面類(lèi)型。如果柱脊是傾斜的，則在GPUs上使用三角網(wǎng)格來(lái)近似描述表面。
2. 在上述表格中未指定的表面類(lèi)型將會(huì )在GPUs上使用三角網(wǎng)格來(lái)進(jìn)行近似。
表面屬性
在FRED模型中每個(gè)表面都有一系列屬性以描述幾何體性質(zhì)。這些屬性可以是物理屬性，FRED特定屬性需要用于光線(xiàn)追跡或者FRED的可視化屬性要用于渲染。
下方的表格指出了GPUs是否支持，部分支持或者忽略一個(gè)給定表面性質(zhì)。
一個(gè)受支持屬性并不意味著(zhù)在GPU上的實(shí)現和在FRED中CPU光線(xiàn)追跡的本來(lái)的實(shí)現是意義的。請參考此文檔關(guān)于每個(gè)受支持或者部分受支持屬性相應的部分以獲得更多的信息。
1. 如果對一個(gè)表面應用了Advanced Dot-product Surface Trimming Specifications，則會(huì )使用三角網(wǎng)格將表面轉換為一個(gè)近似表面。
2. 如果一個(gè)表面應用了Surface Trimming Specifications，則會(huì )使用三角網(wǎng)格將表面轉換為一個(gè)近似表面。
非表面幾何體節點(diǎn)
在光線(xiàn)追跡中，光線(xiàn)與表面相交。然而，在幾何體層級中非表面節點(diǎn)會(huì )用來(lái)增強表面描述屬性。例如，曲線(xiàn)在FRED中可以用于構建表面或者定義表面自定義孔徑�；蛘咭粋�(gè)表面的位置可能取決于其上方一個(gè)自定義元件在樹(shù)中的位置。
下方表格逐條列出了GPUs支持的非表面幾何體節點(diǎn)。
1. 表面是一個(gè)元件組合結構的一部分，其在GPUs上將會(huì )被自動(dòng)轉化為一個(gè)近似三角網(wǎng)格描述。
關(guān)鍵詞
關(guān)鍵詞不支持并被忽略。模型構建中關(guān)鍵詞的利用和模型管理。同樣地，為了進(jìn)行光線(xiàn)追跡，對GPUs來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵詞沒(méi)有值。
材料
下方表格逐條列出了如何確定GPUs處理的材料類(lèi)型。
1. 對于所有光源的所有激活波長(cháng)，會(huì )計算實(shí)部和虛部折射率。
2. 所有未支持材料類(lèi)型，會(huì )自動(dòng)轉化未采樣材料。對于所有光源的所有激活波長(cháng)，會(huì )計算正入射時(shí)實(shí)部和虛部折射率。
表格下方逐條列出了如何確定GPUs所處理的材料屬性。
數值精度
所有的GPU計算都是單精度。
光線(xiàn)類(lèi)型
GPU支持的光線(xiàn)類(lèi)型在下方表格逐條列出并提供了一個(gè)好的初始點(diǎn)以用于評估FREDMPC是否能夠用于一個(gè)給定的分析。
1. 偏振光
a. 如果支持光源配置，而且激活了偏振標志，光線(xiàn)仍然可以通過(guò)Trace GPU Rays調用生成，但是會(huì )忽略偏振信息（即光線(xiàn)會(huì )被認為是非偏振，不相干的光源）
b. 如果光源是在FRED生成的，然后需要用Trace CPU Rays調用GPU來(lái)追跡，那么在GPU上追跡的光線(xiàn)的偏振信息會(huì )被忽略，但是當光線(xiàn)回到FRED中時(shí)，偏振信息會(huì )回到CPU上。這些光線(xiàn)的偏振數據是無(wú)效的，不能使用這些光線(xiàn)數據來(lái)分析偏振
2. 相干光
a. 使用Trace GPU Rays光線(xiàn)追跡模式，在GPU上不會(huì )生成相干光
b. 使用Trace CPU Rays光線(xiàn)追跡模式，將光線(xiàn)從FRED光線(xiàn)緩沖區推送到GPU時(shí)，在GPU光線(xiàn)追跡之前，相干屬性將從光線(xiàn)中移除，然后在光線(xiàn)返回到FRED時(shí)在CPU上被替換。這些在GPU上追跡的光線(xiàn)，不能用來(lái)進(jìn)行輻射度計算
光線(xiàn)屬性
每條光線(xiàn)都有一組屬性（例如位置，方向，功率，波長(cháng)等），這些屬性由各種分析功能使用。下表列出了GPU支持的光線(xiàn)屬性
1. 光“強度”是一種僅適用于Trace Render光線(xiàn)追跡模式以生成渲染圖形的屬性。
2. 目前僅支持一組有限的狀態(tài)屬性代碼，支持的狀態(tài)代碼為ray is halted, reason ray is halted, ray intersected, ray interacted, ray reflected, ray transmitted, scatter ray, specular ray, unresolvable material error, TIR error
3. 請務(wù)必注意，盡管可以使用MPC Trace Advanced選項請求光線(xiàn)追跡路徑數據，但在GPU光線(xiàn)追跡期間，不會(huì )更新路徑＃的光線(xiàn)屬性。因此，在執行GPU光線(xiàn)追跡之后，不支持基于路徑＃的光線(xiàn)選擇過(guò)濾�；诼窂降姆治鰞H限于Raytrace Path表和Stray Light Report表中顯示的信息
追跡路徑
當模型在適用的光線(xiàn)追跡屬性定義上使用蒙特卡洛父光線(xiàn)說(shuō)明符時(shí)，可以在GPU上追跡光線(xiàn)獲得Raytrace Paths。當GPU上發(fā)生光線(xiàn)分裂時(shí)，將不會(huì )追跡Raytrace Paths。
必須在光線(xiàn)追跡之前將用戶(hù)提供的用于路徑追跡的最大總事件計數提供給GPU。此選項位于GUI中的MPC Trace Advanced對話(huà)框中。只有總事件計數小于或等于此用戶(hù)提供的值（默認值= 10個(gè)事件）的路徑才能在GPU光線(xiàn)追跡結束時(shí)在Raytrace Paths表或Stray Light Report中查看。
在GPU光線(xiàn)追跡結束時(shí)，在輸出窗口中報告超過(guò)最大總事件計數限制的光線(xiàn)追跡路徑的數量以及這些路徑中的總功率。
目前不支持在CPU上生成重繪光線(xiàn)跟蹤路徑（如果它們已由GPU生成）。
目前不支持使用光線(xiàn)執行基于路徑的分析（例如，分析路徑#X的輻照度分布）。
光線(xiàn)追跡屬性
下表列出了GPU如何處理光線(xiàn)跟蹤屬性的特定屬性。
1. 父光線(xiàn)和光線(xiàn)分裂
a. 使用蒙特卡羅以外的父光線(xiàn)說(shuō)明符時(shí)，必須注意正確配置GPU緩沖區，以確保為光線(xiàn)生成保留適當數量的資源。特別是，通過(guò)設置GPU設備支持的最大總祖先級別（鏡面反射+散射），在MPC Trace Advanced對話(huà)框中指定用于光線(xiàn)分割的GPU內存分配。
b. 當使用蒙特卡羅以外的父光線(xiàn)說(shuō)明符和Trace CPU Rays模式時(shí)，只有父光線(xiàn)將返回到CPU光線(xiàn)緩沖區。這限制了在GPU光線(xiàn)追跡期間光線(xiàn)分割處于激活狀態(tài)時(shí)可用的光線(xiàn)數據跟蹤后分析。
散射
散射模型
下表列出了對GPU上散射模型的支持。 以下行為適用于GPU上的散射模型：
如果是不支持的散射模型，那么GPU會(huì )忽略它
Total Integrated Scatter（TIS）表在7個(gè)入射角處預先計算，作為散射模型表示的一部分，然后在GPU光線(xiàn)追跡期間進(jìn)行插值。
1. 如果是不支持的散射模型，那么GPU會(huì )忽略它
每個(gè)散射模型定義都包含進(jìn)一步描述散射行為的其他屬性。這些屬性在FRED GUI中顯示為散射模型對話(huà)框底部的“Additional Data”，或者作為用戶(hù)腳本散射模型定義的一部分。
重點(diǎn)采樣
具有散射模型的表面必須至少具有一個(gè)激活的重點(diǎn)采樣（或FRED的GUI中顯示的” ScatterDirections Regions of Interest “），以便由曲面生成散射光線(xiàn)。盡管重點(diǎn)采樣不會(huì )影響散射光線(xiàn)本身的輻射測量，但它會(huì )影響散射光線(xiàn)對給定方向的統計采樣，并最終影響分析平面上的光線(xiàn)統計。
下表列出了GPU重點(diǎn)采樣的類(lèi)型：
1. “Full Hemisphere”是“Into a given direction”重點(diǎn)采樣類(lèi)型的特定實(shí)例，其中關(guān)于散射位置處的局部表面法線(xiàn)將半角設置為90°。
2. 橢圓體重點(diǎn)采樣類(lèi)型的GPU實(shí)現與CPU實(shí)現不同。在GPU實(shí)現中，重點(diǎn)采樣由矩形定義，該矩形圍繞從散射點(diǎn)看到的橢圓體的投影。采用這種方法是因為在GPU上實(shí)現比CPU上的嚴格橢圓更快。 在GPU和CPU實(shí)現中，輻射度測量是正確的。
每個(gè)重點(diǎn)采樣規范都有一組額外的屬性（在FRED GUI中顯示為“OtherData”），用于進(jìn)一步優(yōu)化重點(diǎn)采樣的效率。 下表列出了對這些屬性的GPU支持
1. 當散射表面的光線(xiàn)追跡屬性將蒙特卡羅設置為父光線(xiàn)說(shuō)明符時(shí)，方向類(lèi)型標志將被強制使用GPU上的蒙特卡洛選項。在所有其他情況下，將使用請求的方向類(lèi)型。 此選項在BSDF值最高的位置生成更多的散射光線(xiàn)。
2. 當散射表面的光線(xiàn)追跡屬性將蒙特卡羅設置為父光線(xiàn)說(shuō)明符時(shí)，在GPU光線(xiàn)追跡期間，散射光線(xiàn)的數量將強制為1。在所有其他情況下，將使用所請求的散射光線(xiàn)數量（最多10條光線(xiàn)）
腳本
GPU上不支持腳本元件（例如材料，曲面，散射等）。 有關(guān)腳本元件如何在GPU上進(jìn)行近似的更多信息，請參閱本文檔的相應部分。
修改FRED文檔的腳本（包括更新前/后腳本）應在將文檔發(fā)送到GPU之前執行
以下腳本命令用于支持MPC光線(xiàn)追跡：
光源
有三種光線(xiàn)追跡操作模式用于使用GPU執行光線(xiàn)追跡，本文檔的光線(xiàn)追跡模式部分對此進(jìn)行了描述。僅當使用Trace GPU Rays模式時(shí)，本節中的信息才有意義。使用Trace CPU Rays模式時(shí)，光源功能僅受GPU上光線(xiàn)數據支持的屬性限制（有關(guān)詳細信息，請參閱“光線(xiàn)”部分）。
使用Trace GPU Rays模式時(shí)，光源定義將加載到GPU中，然后GPU用于生成和追跡光線(xiàn)。為了正確執行，GPU實(shí)現需要支持源定義的屬性。如果不支持光源的屬性，則GPU不會(huì )生成或追跡光線(xiàn)。
下表列出了GPU的光源屬性支持：
1. GPU僅使用列表中激活的波長(cháng)。 這也會(huì )影響GPU上采樣材料的表示，其折射率值在使用“As specified by list”波長(cháng)選項的每個(gè)光源的有效波長(cháng)下進(jìn)行評估。
2. 有關(guān)GPU如何表示每種材料類(lèi)型的詳細信息，請參閱本文檔的“材料”部分。
3. 無(wú)論光源中的實(shí)際設置如何，功率單位始終為瓦特。 例如，如果指定50流明的光源，則GPU將產(chǎn)生具有50瓦特總功率的光線(xiàn)。 光線(xiàn)將被正確追跡，但50流明光源的輻射測量是不正確的。
4. 如果支持位置/方向組合，仍將生成光線(xiàn)，但光線(xiàn)將不具有與偏振相關(guān)的任何屬性。
光譜
所有Spectra類(lèi)型都不受支持而會(huì )被忽略。 波長(cháng)規格為“Randomly according to spectrum”的光源將無(wú)法使用Trace GPU Rays光線(xiàn)追跡模式在GPU上生成光線(xiàn)。在這種情況下，需要在CPU上的FRED中生成光線(xiàn)，然后使用Trace CPU Rays模式在GPU上推送和追跡光線(xiàn)。但是，因為在將文檔加載到GPU中時(shí)預先計算折射率值，所以當折射元素包含在模型中時(shí)，這可能會(huì )給出不正確的結果。
表面粗糙度
GPU不支持表面粗糙度。如果將Surface Roughness屬性分配給FRED模型中的曲面，則在轉換為GPU時(shí)將忽略該屬性。
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