英伟达分享可变速率着色VRS技术细节，及对VR的重要性
VRS非常适合VR体验，尤其是与眼动追踪结合使用的时候
（映维网 2019年11月27日）英伟达在2018年通过图灵架构带来了可变速率着色（Variable Rate Shading；VRS）。英伟达表示：“这种易于实现的全新渲染技术可支持开发者改变为图像投入的处理开销，并专注于提高重要区域的质量。由于虚拟现实需要高性能和高质量的图像，所以VRS非常适合VR体验，尤其是与眼动追踪结合使用的时候。”
在这篇博文中，英伟达解释了VRS的技术细节，并用Autodesk VRED的beta版本来说明它如何提升VR体验。下面是映维网的具体整理：
这个视频最好是全屏播放，并选择最高的质量。因为低分辨率有时难以说明VRS的优势。
1. 什么是可变速率着色？
VRS主要是在渲染三角形时将光栅化频率与着色频率解耦。渲染三角形时的默认速率是每个栅格化像素着色一个样本。
利用VRS，你可以改变着色率。例如，每四个像素仅着色一个样本，或者甚至每十六个像素仅着色一个样本。这可以显著降低渲染复杂度，并加快渲染速度。这可以提高渲染性能，并支持应用程序更快地执行VR渲染。着色率的降低一般伴随着质量的降低，但取决于图像区域或所渲染的材质，这种质量降低的影响几乎可以忽略不计。
着色速率可以与屏幕空间相关。用户正在注视的区域将获得完整的着色速率，其外围区域则提供较低的着色速率。这种模式称为注视点渲。具体来说，VRS可以在场景的详细区域中应用更多着色性能，并在具有较少可感知细节的场景中限制计算。
2. VRS对质量的影响
为了确定VRS在Autodesk VRED中的效果，英伟达与PNY和Autodesk在今年的SIGGRAPH大会展示了一个交互式演示。测试场景是用两枚NVIDIA Quadro RTX 8000显卡和VR SLI功能进行运行。在演示中，VRS不仅用于注视点渲染，而且通过根据材质设置着色率来展示内容自适应着色的效果。以下截图来自Autodesk VRED中的演示：
英伟达首先举例说明不同的VRS着色率是如何影响不同种类材质的渲染质量。当以较低的着色率渲染时，具有高细节或高频率的材质会明显看出质量下降。为了保证可读性，带有文本的材质不应降低着色率，如截图中的仪表板。
当以不同的VRS级别渲染时，其他材质在质量方面会显示出更细微的变化。例如，下面截图中的方向盘皮革上包含微妙的针织结构。如果采用低着色率，它就会丢失。但与仪表板示例相比，你在应用程序中很难感知这种影响。
当以较低的着色率进行渲染时，某些材质，尤其是低细节材质几乎不会发生变化。光滑的汽车内表面就是一个例子。
如你所见，没有单一的着色率适合所述场景。尽管仪表板的文本需要较高的阴影率，但光滑的表面可以以较低的着色率渲染，从而显著提高性能。
为了优化着色率，VRS提供了指定每个图像区域，甚至是指定每个材质的阴影率的控件。英伟达将这种技术称为“内容自适应着色（Content Adaptive Shading）”。它提供了一种渲染每种材质的机制，从而能够产生高质量和高性能VR体验所需的质量。
与仅对每个像素着色一个样本相比，内容自适应着色甚至可以以更高质量渲染材质，并执行选择性超级采样。演示内容中的碳纤维材料就是一个例子，而一系列的程序性材质都属于这一类别。
对于非VR体验，这种内容自适应着色的变体同样非常有趣。如果场景中的少数材质在抗锯齿值设置较低的情况下容易闪烁，你可以选择性地以高质量渲染所述材料，从而改善渲染的整体质量。另外，由于不是以相同的高质量渲染整个场景，这不会对性能造成太大的影响。
3. Autodesk VRED演示
3.1 VRS质量级别
Autodesk VRED VRS演示内容分三个阶段显示了VRS设置对不同材质的影响VRS Quality Levels VRS质量级别
第一阶段可以切换应用于整个屏幕的多个VRS质量级别。用户可以看到，在较高的VRS质量设置下，引擎盖上的材质效果更好。
即使每像素是两个样本或四个样本，所述材质在特定区域依然会出现轻微的摩尔纹效果。
用每像素八个样本渲染场景可获得最佳质量，并消除渲染中的摩尔纹。
在用于演示的系统中，英伟达选择了VR SLI功能和两枚NVIDIA Quadro RTX 8000 GPU渲染场景。所有VRS模式的性能均为每秒90帧，每个像素最多可以采样四个样本。将VRS质量提高到每像素八个样本会导致帧速率下降到每秒66帧。由于这个设置适用于整个屏幕，所以提高质量将需要非常高的成本。
3.2 注视点渲染
第二阶段是注视点渲染的效果。当在整个屏幕为每个像素采样八个样本时，渲染性能会下降并减损VR体验。
注视点渲染利用眼动追踪技术来确定用户的注视点。然后，系统以更高质量的采样率渲染用户正在注视的显示器区域，从而在所述区域产生更高的图像质量；外围区域则选择较低的采样率。这可以带来高性能，高质量的VR体验。
对于上面的视图，在整个屏幕采用每像素八样本会导致帧速率降低至每秒28帧，这不足以提供合格的VR体验。启用注视点渲染几乎将性能提高一倍。每秒53帧的VR体验明显更好。
3.3 内容自适应渲染
第三阶段是名为内容自适应渲染（Content Adaptive Rendering）。利用注视点渲染，特定材质会在外围闪烁，因为它们对VRS质量变化有着强烈的反应。
所以，可以以高质量渲染所述材质，并覆盖注视点渲染指定的任何质量设置。与标准的非VRS渲染相比，这可能会稍微降低性能，但依然可以带来更高的性能和质量。
对于上图，外围的VRS质量较低，你可以看到汽车引擎盖明显闪烁。如果仅适用注视点渲染，性能为每秒78帧。单卡帧速率，这是合格的VR体验，但外围视场的闪烁会分散用户的注意力。启用内容自适应渲染会将帧速率降低到每秒76帧。这种下降并不明显，而且内容自适应渲染可消除汽车引擎盖上的闪烁，从而大大改善了VR体验。
