什么是光线追踪,它将如何改变游戏规则?


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NVIDIA推出全球首个实时光线追踪GPU GeForce RTX
英伟达

Nvidia的RTX 2000显卡在2019年下半年将光线追踪引入了游戏世界,但是今天有各种各样的RTX和GTX卡支持它。奇特的新照明技术是一种严重的资源浪费,这意味着较昂贵和现代的显卡处理起来最好,但是过去几年中的大多数Nvidia显卡在实时反射和阴影效果方面都可能会遇到困难。

但是什么是光线追踪?真的值得升级吗?

虚拟光子

图形技术通常很难解释,但是光线追踪非常简单。它试图模仿光在现实世界中的工作方式。无需为场景中的场景创建预先设计或“烘焙”的照明游戏中,光线追踪可追踪模拟光的路径。或者,确切地说是数百万个模拟光或光子。当物体移动并与其属性交互时,光会从物体上反射回来。例如,如果它从光滑的绿色表面反弹,其色相可能会改变。

本质上就是光线在现实生活中的工作方式。一束光从其起源点爆发并一直传播,直到与一个物体相互作用为止,此时该物体的路径由该物体的属性决定。它可能被稠密的深色物体吸收,或者几乎被镜子完全反射。

光线追踪与现实生活的基本相似之处使其成为一种极其逼真的3D渲染技术,甚至使Minecraft之类的块状游戏在合适的条件下看起来也接近逼真的照片。只有一个问题:很难模拟。重新创建光在世界上实际工作的方式既复杂又耗费资源,需要大量的计算能力。甚至Nvidia的光线跟踪渲染也不是真正的光线跟踪,从而模拟了每个光点。取而代之的是,它使用许多智能近似方法来交付接近相同视觉效果的东西,但又不会增加硬件负担。

现在,大多数光线追踪游戏将传统的照明技术(通常称为光栅化)与特定表面(例如反射水坑和金属制品)上的光线追踪结合使用。 《战地风云5》就是一个很好的例子 。您会看到水中的部队反射,飞机上的地形反射以及汽车油漆上的爆炸反射。启用光线跟踪后,可以在现代3D引擎中显示反射,但不能显示在《 战地风云5》等游戏中显示的细节级别。

光线跟踪也可以用于阴影,使阴影看起来更加动态和逼真。您会在《古墓丽影:暗影》中看到这种效果。

光线追踪的照明可以在黑暗和明亮的场景中创建更逼真的阴影,并具有更柔和的边缘和更清晰的图像。在没有光线跟踪的情况下实现外观非常困难。开发人员只能通过谨慎,有控制地使用预设光源来“伪造”它。这需要大量的时间和精力-即便如此,结果还是不太正确。

有些游戏会耗费大量精力,并使用射线跟踪进行全局照明,从而有效地跟踪整个场景。但这是计算上最昂贵的,并且需要最强大的现代图形卡才能有效运行。 Metro Exodus目前使用它,但是其实现并不完美

因此,像射线追踪阴影或反射表面之类的半量测方法很受欢迎。其他人则利用Nvidia技术(例如降噪和深度学习超级采样)来提高性能,并掩盖因渲染比创建真实光线追踪场景所需的光线少而产生的视觉障碍。那些仍保留用于预渲染的屏幕快照和电影,其中高性能的服务器可以花几天时间渲染单个帧。

光线背后的硬件

为了处理光线跟踪的这些相对适度的实现,Nvidia的RTX一代图形卡引入了专门为光线跟踪而构建的硬件。 Turing架构使用该公司的RT内核实时处理该技术。它们不是光线跟踪所必需的,因为光线跟踪效果可以在GTX 10系列和16系列图形卡上运行,尽管它们的功能远不如2070、2080和2080 Ti等顶级RTX卡,所有这些都具有RT内核。

Nvidia 在四月份发布了生成Metro Exodus单个帧的细目 ,其中显示了渲染管线的布局方式以及它如何受到光线跟踪的影响。尽管RTX 2080和GTX 1080 Ti的性能在非光线追踪游戏中大致可比,但是将光线追踪应用于场景时,如果没有专用的RT内核,则1080Ti可能需要更长的时间才能生成相同的内容。图片。

这就是为什么即使是功能最强大的GTX显卡(如1080 Ti)也很难在1080p以上的光线跟踪游戏中挣扎。但是RT内核并不是灵丹妙药。即使是2080 Ti(具有最强RT内核的全球功能最强大的消费类图形卡),在诸如Battlefield VMetro Exodus等具有1440p光线追踪功能的游戏中,也很难达到60 fps或更高。该卡在未启用光线跟踪的情况下能够以4K传输高帧率。

但这不一定是这种方式。英伟达的光线追踪方法并不是唯一的选择。还有Reshade的“路径跟踪”后处理效果,可提供可比的视觉效果,而不会带来相同的性能影响。

无论实现如何,您仍将需要功能强大的图形卡进行光线追踪,但是随着该技术在游戏开发人员中的流行,我们可能会以更实惠的价格看到更多种类的支持硬件。

那AMD呢?

就目前而言,AMD显卡不提供任何种类的光线追踪加速功能,但这并不意味着它们无法做到,并且不会永远保持这种状态。 Crytek 在2019年发布了一个名为Neon Noir的演示,该演示 300美元的AMD RX Vega 56上以30 FPS的平稳运行显示了高水平的光线追踪效果。这几乎不是恒星,但它表明这是可能的。

RX 5700 XT和Radeon VII比Vega 56快得多,因此可以提供更好的帧速率。当AMD在2020年晚些时候推出其传闻已久的“ Big Navi”图形卡时,毫无疑问它将再好得多。但是据报道它还将支持硬件加速的光线追踪。尚不清楚它是否可以与Nvidia的RT内核以相同的方式工作,或者是否旨在为更广泛的游戏提供光线追踪,但仍会提供支持。

我们还期望在Microsoft和Sony的下一代控制台中都能看到硬件加速的光线跟踪。这两个系统都将使用AMD Navi图形技术,因此Big Navi可能只是暗示什么将在2020年末成为主流的光线追踪GPU。

您如何在家看到光线追踪?

呼叫的第一个途径是获得Nvidia图形卡,因为此时,公开可用的光线追踪游戏需要它。如果您只想查看光线追踪的场景,则任何RTX或GTX卡都可以使用,但是如果您要以1080p以上的分辨率播放并且帧速率接近或超过60 FPS,则最好的选择是功能强大的显卡 ,因此也是价格最昂贵的显卡 。 1,000美元以上的2080 Ti并非必需,但RTX 2060 Super或2070可能是您想要的基准。这意味着支出在$ 350到$ 550之间。

至于游戏, 选择仍然十分有限 。在最早的RTX演示游戏中,如《 战地V》《古墓丽影 》和《 地铁出埃及记》 ,仍然可以找到功能最全的光线追踪,尽管诸如ControlMechWarrior 5:Mercenaries之类的较新游戏看起来也很不错。太。 Stay in the Light是一款全新的独立恐怖游戏,完全基于光线追踪的反射和阴影而构建,您现在也可以通过RTX光线追踪来重制Quake II

计划在2020年进行的其他RTX光线追踪游戏包括Remedy Entertainment的Control和Mundfish的Atomic Heart等。

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