什么是光线追踪,它将如何改变游戏?


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NVIDIA推出全球首款实时光线追踪GPU GeForce RTX
Nvidia公司

Nvidia的RTX 2000显卡在2019年下半年引入了对游戏世界的光线跟踪,但今天有各种支持它的RTX和GTX卡。这种花哨的新照明技术是一种严重的资源浪费,这意味着更昂贵和现代的卡片处理它最好,但过去几年的大多数Nvidia显卡都可以对其实时反射和阴影效果产生影响。

但是,什么是光线追踪?它真的值得升级吗?

虚光子

图形技术通常难以解释,但光线跟踪相当简单。它试图模仿光在现实世界中的运作方式。而不是为场景创建预先设计或“烘焙”的灯光游戏,光线追踪追踪模拟光的路径。或者说, 数以百万计的模拟灯。当物体移动并与物体相互作用时,光线会从物体上反弹。例如,如果它从光滑的绿色表面反弹,其色调可能会改变。

这实质上就是光在现实生活中的作用。光粒子从其原点开始向前移动,直到它与物体相互作用,此时它的路径由该物体的属性决定。它可能被一个密集的黑暗物体吸收,或几乎完全被镜子反射。

光线跟踪与现实生活的基本相似性使其成为一种非常逼真的3D渲染技术。只有一个问题:模拟起来很困难。重新创建光在世界上实际工作的方式是复杂且资源密集的,需要大量的计算能力。甚至Nvidia的光线追踪渲染也不是真正的光线追踪,因此模拟了每个光点。相反,它使用了许多智能近似来提供接近相同视觉效果的东西,但不会对硬件造成负担。

大多数射线追踪游戏现在使用传统照明技术(通常称为光栅化)和特定表面(如反射水坑和金属制品)上的光线追踪的组合。 战地V就是一个很好的例子 。你可以看到部队在水中的反射,飞机上地形的反射,以及汽车油漆上爆炸的反射。可以在现代3D引擎中显示反射,但不能在启用光线跟踪时在战地V等游戏中显示的细节水平。

光线跟踪也可用于阴影,使其更具动态性和逼真效果。你会看到曾经在“古墓丽影之影”中发挥过极大的作用。

光线跟踪照明可以在黑暗和明亮的场景中创建更逼真的阴影,边缘更柔和,清晰度更高。在没有光线追踪的情况下实现这种外观非常困难。开发人员只能通过仔细,可控地使用预设光源来“伪造”它。这需要花费大量的时间和精力 - 即使这样,结果也不太对劲。

有些游戏可以全程运行并使用光线跟踪进行全局照明,有效地对整个场景进行光线跟踪。但这是计算成本最高的,需要最强大的现代显卡才能有效运行。 Metro Exodus目前使用它,但它的实现并不完美

模拟任何这些效果并不容易,这就是为什么现代实时3D图形 - 包括3D游戏中使用的图形 - 必须经常使用半测量。 Nvidia使用包括去噪和深度学习超级采样在内的技术来提高性能并掩盖因渲染更少的光线而产生的一些视觉打嗝,而不是创建真正的光线追踪场景所需的。这些仍然保留用于预渲染的屏幕截图和电影,其中高性能服务器可以花费数天渲染单帧。

射线背后的硬件

为了处理这些相对适度的光线跟踪实现,Nvidia的RTX系列显卡引入了专为光线跟踪而构建的硬件。图灵架构使用该公司的新RT Cores实时处理该技术。它们对于光线追踪并不是严格必要的,因为光线跟踪效果可以在GTX 10系列和16系列显卡上运行,尽管它们远不如2070,2080和2080 Ti等顶级RTX卡。 。

Nvidia 在4月发布了一个生成单帧Metro Exodus的细分 ,其中展示了渲染管道的布局以及它如何受到光线跟踪的影响。虽然RTX 2080和GTX 1080 Ti在非光线跟踪游戏的性能上可能大致相当,但当光线跟踪应用于场景时,1080 Ti(没有专用RT核心)可能需要更长时间来生成图片。

这就是为什么即使像1080 Ti这样最强大的GTX显卡也真的在高于1080p的光线追踪游戏中挣扎。但RT核心不是一颗银弹。即使是具有最多RT核心的全球最强大的消费级显卡2080 Ti,在战地VMetro Exodus等游戏中也难以达到60 FPS或更高,并且在1440p时启用了光线跟踪。这是一张未启用光线跟踪功能的卡,可以在4K时提供高帧率。

但它不一定是这样的。 Nvidia的射线追踪方法不是唯一的选择。 Crytek于2019年初发布了一款名为Neon Noir的演示版,该版本在300美元的AMD RX Vega 56上展示了高水平的光线跟踪效果,平稳运行30 FPS。还有Reshade“路径追踪”后期处理效果,可以提供可比较的视觉效果而不会出现同样的性能影响。

无论实现如何,您仍然需要一个强大的光线跟踪图形卡,但随着技术应用于游戏开发者,我们可能会以更实惠的价格看到更广泛的支持硬件。

你怎么能在家看到光线追踪?

第一个停靠点是获取Nvidia显卡,因为此时公开可用的光线追踪游戏需要它。如果你只是想看看光线跟踪场景是什么样的话,任何RTX或GTX卡都可以,但如果你想以高于1080p的分辨率播放并且帧速率接近或超过60 FPS,你最好的选择就是拥有最强大的功能- 因此也是最昂贵的 - 显卡 。不需要1,000美元+ 2080 Ti,但RTX 2060或2070可能是您想要达到的基准。这意味着花费在350美元到550美元之间。

至于比赛, 选择仍然非常有限 。最全面的光线跟踪实现仍然可以在最早的RTX演示游戏中找到,比如战地五号古墓丽影影子Metro Exodus 。但这份名单一直在增长。 Stay in the Light是一款全新的独立恐怖游戏,完全围绕光线跟踪反射和阴影的使用而构建,您现在也可以使用带有RTX光线追踪的重新制作的Quake II

计划于2019年推出的其他RTX射线追踪游戏包括Remedy Entertainment的Control ,以及Mundfish的Atomic Heart等。

您还可以在UL Benchmark的Port Royal射线追踪基准测试中了解高端光线跟踪效果

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