本人初学者，如有错误和更好的表述，请指出
环境：CLion+VS2022+CUDA Toolkit 12.0.1+OptiX8
下载好后打开SDK就可以看到OptiX官方提供的许多例子，CMake配置好后点开自己想看的内容直接开始看。推荐先把GAMES101看完之后再学API。可以看看文档，但是是英文的
OptiX8是一个基于硬件的光追，主要分为三块进行理解，管线（Pipeline），加速结构，shader binding table(sbt)（资源组织）。
GPU和CPU之间的区别只需记住，device表示GPU端，host表示CPU端。
管线就是配置整个光追流程，包括硬件部分的函数入口等。
加速结构，一般是BVH或KD-Tree，不懂的话当成黑盒使用即可，暂时不用去管，只要知道是提升光线的遍历速度的就好。
shader binding table表示里记录所有shader的绑定信息。
光追中主要存在这么几个函数：
-
Ray generation，可以理解为函数入口（main函数），对每个pixel都执行一遍，一般在这里进行写下TraceRay（发出光线）相关函数，具体是optixTrace()。 -
Inter服务器托管网section，这个是光线和几何体的碰撞，但据说很少用，因为三角形和box的光线交是内置的，一般用于自己定义的可以解析的曲面，例如球。 -
Any hit，射线在任意碰到的交点都会触发，但是不保证交点的触发顺序（应该是用加速结构的原因），也不保证一条线上所有的交点都会触发，比如碰到某些点，会更新光线的TMin和TMax，而在[TMin,TMax]之外的点就不会触发。 -
Closest hit，一条射线上最早碰到的点，可以理解为直射，一般在这里进行计算信息，或者可以再发出射线。 -
Miss，没碰到场景，可以在这里计算天空信息，或者再发出射线。
不懂没关系，看看代码，在这里介绍下基础的optixHello，这部分主要结果是生成一个带颜色的画面。
三个文件，optixHello.h、draw_solid_color.cu、optixHello.cpp
cpp和h文件就不说了，cu文件用于GPU，编译成ptx文件后绑定到程序中进行执行，.cu文件是可以printf进行调试的。
看下optixHello.h内容，对比一下draw_solid_color.cu，两个都是在GPU和CPU通信的参数。
struct Params
{
uchar4* image; //一维数组，其中rgb皆为char型，用于填充画面
unsigned int image_width; //只保存width就够了，对于(x,y)的数据用x*width+y就可以定位
};
struct RayGenData
{
float r,g,b; //在cu文件中作为填充色
};
看下draw_solid_color.cu文件，这里的所有函数都要类似__raygen__开头的命名
extern "C" {
__constant__ Params params; //记录结果
}
extern "C"
__global__ void __raygen__draw_solid_color()
{
uint3 launch_index = optixGetLaunchIndex(); //获取当前的pixel坐标
RayGenData* rtData = (RayGenData*)optixGetSbtDataPointer(); //获取sbt记录的数据，在这里是颜色，当然这个程序里直接记录在params也可以
params.image[launch_index.y * params.image_width + launch_index.x] =
make_color( make_float3( rtData->r, rtData->g, rtData->b ) ); //在image数据中记录颜色
}
看下optixHello.cpp
创建context
// Initialize CUDA and create OptiX context
OptixDeviceContext context = nullptr;
{
// Initialize CUDA
CUDA_CHECK( cudaFree( 0 ) );
CUcontext cuCtx = 0; // zero means take the current context
OPTIX_CHECK( optixInit() );
OptixDeviceContextOptions options = {};
options.logCallbackFunction = &context_log_cb;
options.logCallbackLevel = 4;
OPTIX_CHECK( optixDeviceContextCreate( cuCtx, &options, &context ) );
}
创建module，在这里绑定变量和cu文件
// Create module
OptixModule module = nullptr;
OptixPipelineCompileOptions pipeline_compile_options = {};
{
OptixModuleCompileOptions module_compile_options = {};
#if !defined(NDEBUG)
module_compile_options.optLevel = OPTIX_COMPILE_OPTIMIZATION_LEVEL_0;
module_compile_options.debugLevel = OPTIX_COMPILE_DEBUG_LEVEL_FULL;
#endif
pipeline_compile_options.usesMotionBlur = false;
pipeline_compile_options.traversableGraphFlags = OPTIX_TRAVERSABLE_GRAPH_FLAG_ALLOW_SINGLE_LEVEL_INSTANCING;
pipeline_compile_options.numPayloadValues = 2;
pipeline_compile_options.numAttributeValues = 2;
pipeline_compile_options.exceptionFlags = OPTIX_EXCEPTION_FLAG_NONE; // TODO: should be OPTIX_EXCEPTION_FLAG_STACK_OVERFLOW;
pipeline_compile_options.pipelineLaunchParamsVariableName = "params"; //这里绑定cu文件的params变量
size_t inputSize = 0;
const char* input = sutil::getInputData( OPTIX_SAMPLE_NAME, OPTIX_SAMPLE_DIR, "draw_solid_color.cu", inputSize ); //这里绑定cu文件
OPTIX_CHECK_LOG( optixModuleCreate(
context,
&module_compile_options,
&pipeline_compile_options,
input,
inputSize,
LOG, &LOG_SIZE,
&module
) );
}
创建program groups，在这里绑定函数
// Create program groups, including NULL miss and hitgroups
OptixProgramGroup raygen_prog_group = nullptr;
OptixProgramGroup miss_prog_group = nullptr;
{
OptixProgramGroupOptions program_group_options = {}; // Initialize to zeros
OptixProgramGroupDesc raygen_prog_group_desc = {}; //
raygen_prog_group_desc.kind = OPTIX_PROGRAM_GROUP_KIND_RAYGEN;
raygen_prog_group_desc.raygen.module = module;
raygen_prog_group_desc.raygen.entryFunctionName = "__raygen__draw_solid_color"; //看这里绑定入口函数
OPTIX_CHECK_LOG( optixProgramGroupCreate(
context,
&raygen_prog_group_desc,
1, // num program groups
&program_group_options,
LOG, &LOG_SIZE,
&raygen_prog_group
) );
// Leave miss group's module and entryfunc name null
OptixProgramGroupDesc miss_prog_group_desc = {}; //这个是miss相关的，在这个程序里暂时没用
miss_prog_group_desc.kind = OPTIX_PROGRAM_GROUP_KIND_MISS;
OPTIX_CHECK_LOG( optixProgramGroupCreate(
context,
&miss_prog_group_desc,
1, // num program groups
&program_group_options,
LOG, &LOG_SIZE,
&miss_prog_group
) );
}
创建pipeline，这里绑定program group
// Link pipeline
OptixPipeline pipeline = nullptr;
{
const uint32_t max_trace_depth = 0;
OptixProgramGroup program_groups[] = { raygen_prog_group };
OptixPipelineLinkOptions pipeline_link_options = {};
pipeline_link_options.maxTraceDepth = max_trace_depth;
OPTIX_CHECK_LOG( optixPipelineCreate( //创建pipeline，绑定program group
context,
&pipeline_compile_options,
&pipeline_link_options,
program_groups,
sizeof( program_groups ) / sizeof( program_groups[0] ),
LOG, &LOG_SIZE,
&pipeline
) );
OptixStackSizes stack_sizes = {};
for( auto& prog_group : program_groups )
{
OPTIX_CHECK( optixUtilAccumulateStackSizes( prog_group, &stack_sizes, pipeline ) );
}
uint32_t direct_callable_stack_size_from_traversal;
uint32_t direct_callable_stack_size_from_state;
uint32_t continuation_stack_size;
OPTIX_CHECK( optixUtilComputeStackSizes( &stack_sizes, max_trace_depth,
0, // maxCCDepth
0, // maxDCDEpth
&direct_callable_stack_size_from_traversal,
&direct_callable_stack_size_from_state, &continuation_stack_size ) );
OPTIX_CHECK( optixPipelineSetStackSize( pipeline, direct_callable_stack_size_from_traversal,
direct_callable_stack_size_from_state, continuation_stack_size,
2 // maxTraversableDepth
服务器托管网 ) );
}
创建sbt，在这里设置record和传进去的data，在这里就是生成的颜色
// Set up shader binding table
OptixShaderBindingTable sbt = {};
{
CUdeviceptr raygen_record;
const size_t raygen_record_size = sizeof( RayGenSbtRecord );
CUDA_CHECK( cudaMalloc( reinterpret_cast( &raygen_record ), raygen_record_size ) );
RayGenSbtRecord rg_sbt;
OPTIX_CHECK( optixSbtRecordPackHeader( raygen_prog_group, &rg_sbt ) );
rg_sbt.data = {0.462f, 0.725f, 0.f};
CUDA_CHECK( cudaMemcpy(
reinterpret_cast( raygen_record ),
&rg_sbt,
raygen_record_size,
cudaMemcpyHostToDevice
) );
CUdeviceptr miss_record;
size_t miss_record_size = sizeof( MissSbtRecord );
CUDA_CHECK( cudaMalloc( reinterpret_cast( &miss_record ), miss_record_size ) );
RayGenSbtRecord ms_sbt;
OPTIX_CHECK( optixSbtRecordPackHeader( miss_prog_group, &ms_sbt ) );
CUDA_CHECK( cudaMemcpy(
reinterpret_cast( miss_record ),
&ms_sbt,
miss_record_size,
cudaMemcpyHostToDevice
) );
sbt.raygenRecord = raygen_record;
sbt.missRecordBase = miss_record;
sbt.missRecordStrideInBytes = sizeof( MissSbtRecord );
sbt.missRecordCount = 1;
}
创建outputbuffer用于接收结果，然后launch，这个launch会在每个pixel中执行一次
sutil::CUDAOutputBuffer output_buffer( sutil::CUDAOutputBufferType::CUDA_DEVICE, width, height );
// launch
{
CUstream stream;
CUDA_CHECK( cudaStreamCreate( &stream ) );
Params params;
params.image = output_buffer.map(); //对应到outputbuffer
params.image_width = width;
CUdeviceptr d_param; //创建一个GPU指针
CUDA_CHECK( cudaMalloc( reinterpret_cast( &d_param ), sizeof( Params ) ) ); //malloc一个GPU空间存放Params
CUDA_CHECK( cudaMemcpy(
reinterpret_cast( d_param ),
¶ms, sizeof( params ),
cudaMemcpyHostToDevice
) );
OPTIX_CHECK( optixLaunch( pipeline, stream, d_param, sizeof( Params ), &sbt, width, height, /*depth=*/1 ) );
CUDA_SYNC_CHECK();
output_buffer.unmap();
CUDA_CHECK( cudaFree( reinterpret_cast( d_param ) ) );
}
显示图像
//// Display results
{
sutil::ImageBuffer buffer;
buffer.data = output_buffer.getHostPointer(); //这里要在CPU端展示，因此要转为CPU端的数据
buffer.width = width;
buffer.height = height;
buffer.pixel_format = sutil::BufferImageFormat::UNSIGNED_BYTE4; //对应uchar4
if( outfile.empty() )
sutil::displayBufferWindow( argv[0], buffer );
else
sutil::saveImage( outfile.c_str(), buffer, false );
}
清理资源，注意正序生成，倒序清理
// Cleanup
{
CUDA_CHECK( cudaFree( reinterpret_cast( sbt.raygenRecord ) ) );
CUDA_CHECK( cudaFree( reinterpret_cast( sbt.missRecordBase ) ) );
OPTIX_CHECK( optixPipelineDestroy( pipeline ) );
OPTIX_CHECK( optixProgramGroupDestroy( miss_prog_group ) );
OPTIX_CHECK( optixProgramGroupDestroy( raygen_prog_group ) );
OPTIX_CHECK( optixModuleDestroy( module ) );
OPTIX_CHECK( optixDeviceContextDestroy( context ) );
}
整个程序的大致结构如图（不保证正确）
执行结果：
码字不易，点个赞吧
总结
整个程序流程大致就是：
- 创建加速结构（在这里没有）
- 创建
module、program group - 创建
pipeline、sbt -
launch，显示图像
每个pixel中执行launch，在这里就是每个pixel执行__raygen__draw_solid_color函数设置颜色，传递形成一个outbuffer一维数组，形成图像。
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