RayTracerRTX

RayTracerRTX – приложение для рендеринга трёхмерных сцен методом трассировки лучей на GPU NVIDIA RTX. Расчёт кадра выполняется средствами NVIDIA OptiX и CUDA, окно приложения и пользовательская панель построены на GLFW, OpenGL и Dear ImGui.

Проект реализован на C++20 для Windows x64. Приложение загружает сцену, подготавливает геометрию и материалы, строит структуры ускорения OptiX, запускает трассировку лучей и выводит рассчитанный кадр в окно.

Основные возможности

• GPU-рендеринг через NVIDIA OptiX и CUDA;
• трассировка лучей для сфер и полигональных моделей;
• расчёт освещения, теней, отражений и преломлений;
• режим реального времени и прогрессивное накопление кадра;
• шумоподавитель OptiX для прогрессивного режима;
• загрузка OBJ/MTL и glTF/GLB;
• загрузка текстур PNG, JPG и PPM;
• материалы: матовый, металлический, зеркальный и стеклянный;
• сохранение и загрузка JSON-сцен;
• редактор сцены с изменением объектов, материалов, света, камеры и параметров рендера;
• строка статистики с FPS, GPU time, числом объектов и треугольников;
• модульные тесты, компонентные проверки и GPU smoke-тесты.

Стек

Компонент	Назначение
C++20	основная реализация приложения
NVIDIA OptiX	запуск трассировки лучей и работа со структурами ускорения
CUDA	работа с памятью видеокарты и GPU-буферами
GLFW	создание окна и обработка ввода
OpenGL	вывод рассчитанного изображения
Dear ImGui	панель управления сценой
Visual Studio 2022, MSBuild	сборка проекта
Docker, Docker Compose	вспомогательные проверки окружения и документации

Требования

• Windows 10/11 x64;
• видеокарта NVIDIA RTX;
• драйвер NVIDIA с поддержкой CUDA;
• Visual Studio 2022;
• CUDA Toolkit 13.1;
• NVIDIA OptiX SDK 9.1.0.

Пути к CUDA Toolkit и NVIDIA OptiX SDK задаются в свойствах проекта Visual Studio. При нестандартной установке OptiX нужно обновить путь к каталогу SDK в настройках проекта.

Сборка

Откройте RayTracerRTX.sln в Visual Studio 2022 и соберите конфигурацию Debug|x64 или Release|x64.

Сборка из PowerShell:

& "C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\2022\Community\MSBuild\Current\Bin\MSBuild.exe" RayTracerRTX.sln /m /p:Configuration=Debug /p:Platform=x64

Исполняемый файл после сборки:

x64/Debug/RayTracerRTX.exe

Запуск

Запуск приложения:

.\x64\Debug\RayTracerRTX.exe

Запуск с JSON-сценой:

.\x64\Debug\RayTracerRTX.exe --scene RayTracerRTX\assets\scenes\material_room_scene.json

Запуск с OBJ-моделью:

.\x64\Debug\RayTracerRTX.exe --mesh RayTracerRTX\assets\meshes\demo.obj

Управление

Ввод	Действие
W/A/S/D	перемещение камеры
Space	перемещение камеры вверх
Shift	ускорение движения камеры
мышь	поворот камеры при активном управлении
H	показать или скрыть панель сцены
G	переключить демонстрационную сцену
C	сбросить камеру и свет текущей сцены
F5	перезагрузить текущую JSON-сцену
Q	переключить качество рендера
P	переключить режим реального времени и режим накопления
N	включить или выключить шумоподавитель OptiX
Esc	закрыть приложение

Входные данные

Поддерживаемые форматы:

• json – описание сцены, камеры, света, окружения, объектов и материалов;
• obj, mtl – полигональные модели, материалы и ссылки на текстуры;
• gltf, glb – модели с геометрией, материалами, текстурами и трансформациями узлов;
• png, jpg, ppm – текстуры материалов.

Ограничения загрузчиков:

• многоугольники OBJ разбиваются на треугольники fan-методом;
• glTF/GLB загружает статическую геометрию, материалы, текстуры и простые трансформации;
• анимации, skinning и morph targets не входят в поддерживаемый набор glTF/GLB;
• embedded base64 buffers в glTF не используются.

Структура проекта

.
|-- RayTracerRTX.sln
|-- RayTracerRTX/
|   |-- src/
|   |   |-- app/       # приложение, сцена, редактор, камера, загрузчики, UI
|   |   |-- gpu/       # OptiX/CUDA-рендерер и GPU-программы
|   |   `-- common/    # общие структуры для CPU- и GPU-кода
|   |-- assets/
|   |   |-- meshes/    # демонстрационные модели и текстуры
|   |   `-- scenes/    # JSON-сцены
|   |-- docs/          # архитектура, API, анализ, производительность
|   `-- tests/         # тестовое приложение
|-- scripts/
|-- Dockerfile
`-- docker-compose.yml

Проверка

Сборка тестового проекта:

& "C:\Program Files\Microsoft Visual Studio\2022\Community\MSBuild\Current\Bin\MSBuild.exe" RayTracerRTX\tests\RayTracerRTX.Tests.sln /m /p:Configuration=Debug /p:Platform=x64

Запуск тестов:

.\RayTracerRTX\tests\x64\Debug\RayTracerRTX.Tests.exe

Контрольная строка успешного запуска:

All tests passed. Tests: 166, skipped: 0, checks: 810

GPU smoke-тесты требуют видеокарту NVIDIA с поддержкой используемой версии CUDA и OptiX.

Документация

• Архитектура
• API
• Статический анализ
• Результаты производительности
• Зависимости
• Docker-проверка
• Применение AI-инструментов

Примечание

Docker используется для вспомогательных проверок. Интерактивный запуск OptiX-приложения выполняется в Windows, поскольку программе нужны локальный драйвер NVIDIA, доступ к GPU и графическое окно.