次世代渲染引擎UNIGINE.docx

UNIGINE SIM引擎作为一款尖端实时3D引擎被设计用于仿真和训练、实时可视化以及虚拟现实行业。此款引擎巧妙的将多方面的先进技术进行了有机结合，实现了包括几近写实的可视化质量，出色的渲染性能，以及对无边界复杂场景的支持等等在全世界范围内独一无二的技术特性。与市面上现有的一些仿真引擎不同，UNIGINE SIM是作为次世代引擎问世的，遵循完整的次世代开发流程，并且保证在性能不降低的前提下实现满足次世代苛刻要求的渲染效果。UNIGINE SIM诞生于俄罗斯的UNIGINE Corp.公司，该公司最早主要为各大硬件厂商，诸如英特尔、AMD、英伟达、苹果、华硕等等，提供能够发掘硬件潜能的测试程序，经过多年的技术积累和大量研发实践工作，2005年正式推出了这款备受世界瞩目的仿真引擎。技术特性：高度逼真的图像渲染逼真的光照和阴影效果：得益于UNIGINE SIM的精细化着色、高复杂度Shader、光照数学模型和高阶后处理等运算，场景内的所有3D模型看起来都有接近于照片的真实感，支持PSSM技术的动态柔性阴影更为整个场景添加了丰富的细节。高度逼真的图像渲染精准的大气模型：UNIGINE SIM能够为我们带来接近真实的天空环境（基于支持诸如混浊度、海拔、去极化及其它更多物理参数的瑞利和米氏散射模型建立起的大气光照散射模式）、天气模拟（包括雨风雾雪闪电等）、动态日夜循环、地球曲率仿真、体积云及其阴影、丰富的夜空景观。高度逼真的图像渲染稳定的60Hz：UNIGINE SIM通过先进的技术手段可实现以稳定的60赫兹性能处理复杂精细场景中的成千上万的动态对象，各项卓越技术包括极度优化的渲染器、极好的Multi-GPU架构的可扩展性、可实现对所有模块的质量/性能比率的精细控制、全面的性能设置。高度逼真的图像渲染高级特效表现：为了使图像效果令人印象深刻，UNIGINE SIM提供了多种高级特效，其中有环境光吸收、全局光照、高动态范围渲染、颜色分级、炫光效果、体积光、基于高度的雾气等等。高度逼真的图像渲染超远视距：依赖于高级LOD系统、增强的摄像机精度、优化的程序生成技术、大规模植被渲染等特性，UNIGINE SIM可以实现超远视距渲染，甚至可以达到几十公里可见度的壮举，在空中俯瞰时可以获得真实的视觉感受。高度逼真的图像渲染粒子系统：粒子系统是任何一款引擎的重要组成部分，在UNIGINE SIM里，先进的粒子系统可以为整个场景增添更加震撼的视觉体验。UNIGINE SIM的粒子系统包括多种爆炸效果、枪械开火效果、烟雾、电火花、水滴泼溅等等。开发时，通过调整设置粒子系统的各项参数、改变粒子贴图等等手段可以得到更加多样化的粒子效果，为场景的视觉呈现提供更丰富的支持。高度逼真的图像渲染独特的材质系统：UNIGINE SIM的材质系统提供了多维材质、材质继承以及参数重载等等特性，还有丰富的材质库能够免除一些开发工作，当然最重要的是支持HLSL和GLSL语言。高度逼真的图像渲染灵活的渲染管线：UNIGINE SIM可以针对不同的硬件环境使用不同的渲染方式，并且保证最终输出画面的质量一致性。UNIGINE SIM支持多种图形API，包括DX9、DX11、OpenGL、OpenGL ES。除此之外，UNIGINE SIM独有的可配置渲染模式能够满足不同的需求，包括单一正向渲染(最好质量)、单一延迟渲染(用于支持数量众多的快速动态灯光，也适用于低端硬件)和混合模式。而且，即便是在运行期间，一系列的渲染进程也可以被控制，这都要归功于引擎为渲染流水线提供了空前的灵活性。专为模拟仿真/虚拟现实而优化多通道图像生成：UNIGINE SIM的Syncker系统允许对连接在同一个网络中的几台相关电脑执行多通道渲染操作，并使用不同视窗对同一场景执行同步渲染。此功能即便应对超高分辨率的360度显示系统，也能使帧率保持在稳定的60赫兹。当然它也支持CIGI(通用图像生成器接口)协议(包括版本3.0, 3.1, 3.2, 和3.3)，此协议是宿主设备要与图像生成器(IG)通信的标准方式。归功于对此技术的支持，UNIGINE SIM通过少许的调整就可以取代过时的IG功能。专为模拟仿真/虚拟现实而优化非线性图像校正：在非矩形幕的场合时，UNIGINE SIM提供了方便的画面变形校正功能，不仅适用于单通道输出，也适用于多通道输出。在渲染器中内建的非线性图像绘图模块（扭曲模块），而且还提供了鱼眼自动缝合（用于球幕投影）模式和180度全景（圆柱型投影）模式。专为模拟仿真/虚拟现实而优化边缘融合：在多通道画面输出的情况下，UNIGINE SIM还提供了便捷的边缘融合功能，可以调整融合带宽度、衰减度和透明度等等，以确保各个通道的融合带能够一致。专为模拟仿真/虚拟现实而优化支持非对称显示输出：归功于非对称投影的支持，您能以任意角度，甚至是以单通道渲染模式就能创建出带有正面和侧面屏显的飞行/车辆仿真器。专为模拟仿真/虚拟现实而优化CAVE：UNIGINE SIM对CAVE显示环境有良好的支持，既不需要任何额外的系统支持，在开发时也是非常简洁的。为了创建不可思议的沉浸式体验，引擎会将投影机指向一个房间大小的立方体的3、4或6个墙面上。专为模拟仿真/虚拟现实而优化显示拼接墙：凭借引擎内置的AppWall插件，UNIGINE SIM能够为大型显示拼接墙提供良好的画面输出，另外还支持例如Xinerama、AMD Eyefinity和NVIDIA Surround技术。专为模拟仿真/虚拟现实而优化立体画面输出：UNIGINE SIM对立体渲染提供了非常丰富的原生支持，并且可以不依赖于特定的立体驱动，所以完全兼容时下常见的多种立体格式，包括红蓝立体、Side-by-side、交错立体、3D Vision、3D Surround、Oculus Rift、左右眼独立输入立体等等。专为模拟仿真/虚拟现实而优化头戴显示设备：头戴显示设备是模拟仿真/虚拟现实应用中很常见并且非常重要的一种显示设备，UNIGINE SIM对这种设备提供了原生支持，无需其他插件或者复杂的开发过程。专为模拟仿真/虚拟现实而优化增强现实：归功于UNIGINE SIM的可定制化的渲染管线及输入设备API，使得将计算机生成的图像混合进真实世界影像成为了可能，因此使用各种AR应用便可实现增强现实。专为模拟仿真/虚拟现实而优化3D空间定位设备：UNIGINE SIM引擎支持6DOF(6向自由度)运动及方位探测控制器，像Razer Hydra(雷蛇-九头灵蛇)体感控制器。当然开放的输入设备API将允许包括头戴追踪设备在内的各种第三方3D位置/方位探测设备很容易的被集成进来。专为模拟仿真/虚拟现实而优化工业数据格式：在工业、制造业等领域中，经常需要直接使用工业数据格式进行开发，UNIGINE SIM除了支持各种场景模型格式以外，还能够支持多种工业模型数据格式，包括OpenFlight、COLLADA和FBX等等，并且为建模软件提供了丰富的插件，便于将模型打包导出。专为模拟仿真/虚拟现实而优化真实世界地理信息数据：在很多需要建立大规模地形的仿真应用中，例如飞行模拟、战场仿真等等，一般都需要使用真实地理信息数据（兼具矢量和光栅的数据），UNIGINE SIM可以将GIS数据转换成标准笛卡尔坐标系数据，并且由于采用了双精度浮点数坐标，UNIGINE SIM可以支持非常广袤的地形规模。强劲性能和可扩展性可扩展性：UNIGINE SIM会以最有效的方式来充分利用硬件资源；它的可扩展范围从顶级配置的多路电脑到移动设备（在基于相同代码库的条件下）。它也可实现对所有模块的质量/性能比率的精细控制。强劲性能和可扩展性高效的CPU使用：得益于高效的多线程设计，UNIGINE SIM引擎可侦测多核CPU中有效核芯数量，并自动在处理器间分配任务负载。UNIGINE SIM引擎也为能使用SIMD指令集（SSE，AltiVec，NEON）而做了性能优化，这样做的目的是为了完全发挥现代CPU的并行计算能力。基于以上因素，UNIGINE SIM引擎具备了同时处理出现在屏幕上的成千上万的动态对象的能力。强劲性能和可扩展性高效的GPU使用：UNIGINE SIM技术也以接近完美的多GPU扩展闻名：通过NVIDIA SLI或AMD CrossFire的技术可实现高达1.9倍速性能的提升。然而，即便是对于消费级的单一GPU也具备了通过使用UNIGINE SIM就可渲染分辨率高达4K的图像的能力。强劲性能和可扩展性高效的内存使用：为了能节省CPU时间，UNIGINE SIM引擎自定义有优化性能的内存管理器，这样将能彻底减少分配给每帧所用的代价巨大内存操作数（也就是为了能保持内存覆盖区足够小）。强劲性能和可扩展性高效的磁盘使用：归功于极度快速的数据流系统，UNIGINE SIM能以最有效的方式从磁盘上执行数据读取操作。压缩的数据文件包可以在磁盘存取期间减少过长的寻址时间，从而提高数据交换效率。强劲性能和可扩展性与硬件供应商们的亲密合作：多年以来，UNIGINE SIM公司已经与硬件供应商们的领导者，包括AMD，Intel 和NVIDIA的工程团队建立了亲密合作关系，会定期从IHV实验室获得关于性能及兼容性的深入报告，从他们的工程师那里获得反馈，以及更早的从他们那里获得下一代硬件标准。这种长久的合作也使得供应商们将各种性能优化方案集成到了他们各自的视频驱动中，特别是针对借助UNIGINE SIM强化的应用的优化方案。强劲性能和可扩展性深入的性能剖析：UNIGINE SIM开发团队通过使用一系列行业标准级的CPU和GPU效能评测器来确保引擎在任何可能使用的场合都能发挥出最佳性能，引擎也内建有可扩展型评测器，它将帮助评估借助UNIGINE SIM强化的应用的性能瓶颈。丰富的内容支持双精度浮点数坐标：UNIGINE SIM使用64位双精度浮点数值（取代固有的32位浮点精度，此时的最大坐标值实际上比使用32位浮点精度的大536,870,912倍）来定义场景中的对象的坐标，因此能够创建几乎无限大小的场景，尤其对大地形仿真应用有利。丰富的内容支持完善的场景管理：UNIGINE SIM对三维场景提供了完善的管理方案，包括节点层级、物体空间坐标系变换、多级树结构等等特性，保证了无论多大规模的场景都能无缝加载。丰富的内容支持异步数据流存取：UNIGINE SIM提供了极其高效的后台数据流存取方法，即便是对于数据交互非常频繁、数据量非常大的应用也能轻松应付。不间断执行的文件解包操作可降低程序对磁盘系统的要求，也同样能对数据流队列实现精细控制，对区域加载操作提供支持。丰富的内容支持摄像机精度：依赖于双精度浮点数坐标的采用，UNIGINE SIM引擎摄像机的Z-缓冲区精度及虚拟相机偏移技术可以让虚拟世界的任何角落都获得相同的极好的可视精度。丰富的内容支持程序生成技术：对于超大规模的地形来说，如何妥善处理地形数据是最重要的问题。UNIGINE SIM采用了非常先进的程序生成技术，无论是自然地貌还是城市环境，借助该技术都能够毫无延迟的完成场景渲染，并且拥有丰富的细节和出色的画面效果。丰富的内容支持室内场景渲染：UNIGINE SIM可以实现室内外无缝切换，同时室内场景的渲染也将受到室外环境因素的影响，例如室外光线等等。丰富的内容支持广袤的植被：得益于程序生成技术，UNIGINE SIM可以在大规模地形上布置丰富的植被环境，并且不会影响引擎的渲染性能。除此之外，得益于先进的物理引擎，还可实现基于全局风或者局域风对地表植被的风力作用效果。灵活运用和跨平台应用领域广泛：UNIGINE SIM是一种在许多不同领域被成功应用了的真正的兼具多用途架构的引擎，其中包括如下一些领域：地面操控、汽车驾驶仿真、固定翼训练、旋翼训练、海事仿真、铁路、建筑视觉化、城市规划、挖掘、医学仿真等等。灵活运用和跨平台混合场景：得益于UNIGINE SIM自身绝佳的灵活性，它是联合作战行动的完美解决方案，能为空战、陆战及海战执行无缝仿真。对于建筑行业，使用相同的技术架构即可实现大规模的城市规划及室内设计的视觉化。灵活运用和跨平台无需依赖第三方支持：所有的UNIGINE SIM模块都由已经集成在引擎内部了，所以能对代码库实现完全控制，继而可实现快速bug修复及轻易将其迁移到不同平台的操作，更无需为了从第三方软件供应商处获取更新而花费漫长的等待。灵活运用和跨平台多平台支持：可在任何平台部署，包括Windows、Linux、Mac、Android和iOS。针对Windows，Linux和Mac系统平台配备有全套的开发工具。灵活运用和跨平台插件式应用：添加不同的插件可支持各类输出和输出设备，各类数据格式以及更多其它类型信息。UNIGINE SIM Editor是一款所见即所得的可视世界编辑器，也同样支持插件以便能进一步扩展出许多功能。灵活运用和跨平台强大的API：开发者可在强大的UNIGINE SIM API间自由选取：C+ API用于最大限度的发挥性能以及与已有代码库做无缝集成，使用语法类似于C+的UNIGINE Script的即时编译特性可实现快速迭代脚本功能，以及其它成百上千的有用功能。此两类API都已书写成技术文档并配有大量的使用事例。完善的开发框架：Unigine渲染引擎场景管理物理引擎动画系统声音系统输入系统寻路系统GUI工具UNIGINE SIM经过多年的发展，已经形成完善的开发框架，能够让开发人员快速方便的完成项目。UNIGINE SIM引擎是一个集合体，其中不仅仅包含渲染引擎，还包含很多工具和其他引擎。物理引擎包括：碰撞检测、刚体物理、布娃娃、关节、发动机、弹簧、布料、绳子、物体毁坏、力场、流体浮力等等。输入系统包括：标准PC键盘鼠标、多点触摸屏、游戏手柄、头部追踪设备、6自由度定位设备等等。GUI包括：内置GUI、Flash GUI、集成到QT程序等等。工具包括：所见即所得编辑器、数据格式转换工具、地形导入工具、建模软件插件、一系列数据优化工具。除此之外，UNIGINE SIM为用户提供了内容全面的文档资料、类型丰富的样例程序以及专业的开发者社区。世界范围的商业客户：UNIGINE发展历程：案例展示：UNIGINE SIM引擎现已被世界范围内的成百上千个不同的项目所采用，这里列举出了一些典型的应用案例，但是并没有涵盖UNGINE SIM的全部应用领域。复合分析程序：客户:ALMAZ-ANTEY股份公司旗下的MSDB机构, 分支于Concern股份公司下设的Almaz-Antey公司(俄国)描述:合资公司ALMAZ-ANTEY下设的被称为Academician A.A. Raspletin的空防公司主系统设计局, 其作为全球最大的防务工业复合体企业之一, 专注于防空, 反导及空间防御系统的开发, 已选取UNIGINE产品用于其解析程序复合所需的可视化组件的研发. ALMAZ-ANTEY股份公司旗下的MSDB机构, 是反导, 防空导弹防御武器系统及复合体研发的领导者, 特别是研发了SA-10 Grumble(雷声)地对空导弹, SA 12 Giant/Gladiator(巨人/斗士)地对空导弹, SA 20 Gargoyle(怪兽)地对空导弹, SA-21 Glower(凯旋)地对空导弹, 等等. 除了对武器系统的展望, ALMAZ-ANTEY股份公司旗下的MSDB机构也生产自动化控制系统以及定制型软件.“我们在UNIGINE技术上的经验已经证明其工作环境是便利的且提供的技术支持也是快速及高质量的. 但更为重要的是, UNIGINE技术允许我们借助硬件资源以卓越的性能及可扩展性来实时的获得逼真的图像质量.”Gregory Krasnozhenov, 视觉化项目负责人驾驶仿真器：客户:INNOSIMULATION (韩国)描述:SIMREX FDS (全尺寸驾驶仿真器)为适于广泛的研发型应用提供了全沉浸式虚拟驾驶环境, 其中包括高级驾驶辅助系统的开发, 智能运输系统的研究, 交通安全, 人为因素的学习及道路设计. 这一成果现已被众多汽车公司, 高校及研究机构所采用. SIMREX CDS (袖珍型驾驶仿真器)是一种小型的, 且具有多用途的高性能驾驶仿真器. 它具有模块化, 可扩展性和灵活性特点, 可满足各类用户的需求及应用需要. SIMREX CDS现已销往于20多个国家地区, 其中包括美国, 加拿大, 德国, 法国, 英国, 日本, 中国, 澳大利亚, 印度尼西亚和韩国.3D营销平台：客户:ACTISKU (法国)描述:ACTISKU是一款为数字营销及调研应用提供3D可视化解决方案的平台. 它可创建极度真实的3D虚拟商店, 在其货架上摆放有成百上千种产品, 这些产品的品牌信息现在可用于顾客的在线购买测试.“UNIGINE为我们的项目提供了一个清晰稳定的基础. 我们的目标是尽可能快的为大范围的机器提供在线3D交互环境. 我们很容易的创建了一个网页播放器(插件/ActiveX控件形式)以及开发了Windows, Mac OS X, iPhone 和 iPad这几种版本的ACTISKU. 我们当前正忙于拓展UNIGINE API以期能将第三方技术(增强现实及眼球追踪)作为扩展部分集成进我们的产品中. 可以说UNIGINE技术对于工业应用及游戏业来讲是一个完美的框架体系.”Patrick Gomez, 研发主管轮船仿真器：客户:Ai3D (澳大利亚)描述:轮船仿真器已经成为位于澳大利亚塔斯曼尼亚州的巴斯海峡的航运中心-德文郡的一大亮点. 仿真器为人们提供了一段指挥上个世纪之初的船舶驶进默西河的体验. Ai3D已为软件开发了附加接口并创建了一个拥有3D船舶的计算机仿真世界, 它的背景设置于1900年代早期的德文郡, 具有导航灯, 灯塔及该时代下的船只形态. 其地势模型是基于该地区的老式规划和测量构建的. 仿真器特性包括一个令人印象深刻的180度全景视野, 原始的轮船驾驶盘及带网络输入功能的有线电报机, 动态天气, 日-夜循环, 能见度, 海浪状况, 全音响效果, AI操控型船舶及其它时期的船只.“我们现在无时无刻不在使用UNIGINE技术, 我们对UNIGINE给产品作定期特性更新及用于给系统和视觉质量作改进的行为印象深刻. UNIGINE擅长的就是处理超大型仿真环境, 由此使其成为了最高级的实时仿真解决方案的提供者.”Steve Brodie, CEO营救直升机仿真器：客户:UNIGINE Corp. (俄国/美国) 与 CogSim Technologies (加拿大) 合作共同推出产品描述:图像生成模块的开发及内容数据库的搭建由UNIGINE Corp.完成, 贝尔206的驾驶舱及CIGI设备由CogSim Technologies提供. 6路视觉通道60赫兹模式、262 x 262千米见方的高分辨率场景、真实地理空间数据、CIGI协议互连. 此系统已在I/ITSEC 20