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【PConline 杂谈】要说这两年DIY圈最热的词汇，光线追踪上榜应该是没什么悬念了。自从NV CEO黄教主提出这个概念，号称将重新定义图形学之后，是个DIY玩家应该都听过这个词，而且最近权威的硬件测试软件3DMark也推出了专门用于光线追踪的测试的项目，那这是否说明实时光线追踪真的已经来到我们身边了呢？今天我们就以3DMark推出光追DLC的事情作为引子，深入浅出的探讨一下这件事情。
什么是光线追踪？要想了解什么是光线追踪，我们先来了解一下目前99.9%游戏使用的光栅化渲染模式，也是NVIDIA想用光线追踪取代的东西。
光栅化（Rasterisation）首先会把整个屏幕分割成无数个三角形或者多边形，再把三维几何图元（geometry primitive）投影到二维的屏幕上，确定好哪些像素和图元会被覆盖，随后进行纹理填充，贴图及渲染。说到底光栅化渲染就是一种骗人的技术，通过游戏开发人员的在现实中的认知，模拟出各种光照效果，比如人在太阳底下就会有怎样的影子，物体被光照到的一面会更亮。
光线追踪（Ray Tracing）与光栅化最大的区别，就是其渲染效果都是通过对光线传播的路径算出来的，并不是模拟出来的。光线追踪会假设显示器内的世界是一个真实的三维世界，确定光源后它会追踪光源发出的光线，经过无数次折射与反射后计算并决定哪些光线会进入屏幕前的你的眼睛里，而这个过程也是现实世界中我们看到物体的原理，因此光线追踪确实能让渲染效果更为贴近现实世界。 它能给人最直观的感觉就是，物体表面的反射光线是会受到环境影响的，它会计算物体所处的位置、光线来自哪里，光线是否会受到其他曲面的阻碍或折返回来等等。光栅化则不会确定以上信息，因为每个三角形都是独立存在的。也因此区别光线追踪渲染中最明显的场景就是镜面，这也是NVIDIA发布的光线追踪DEMO被人调侃最多的地方，镜面无处不在。
光线追踪的出现也能极大减少游戏开发者的压力，游戏开发者不需要在每一个场景中模拟现实光照效果，只需要让机器计算光线反射的情况就好了。 那是不是说光线追踪渲染一定比光栅化好呢？这个问题各位看官先自己心里判断一下，我们到文末再解析。 3DMark推出光追测试意味着什么？
其实光线追踪并不是什么新鲜玩意，但是要做到实时光线追踪，对显卡的硬件性能要求十分苛刻。而图灵显卡划时代的意义在于加入了专门用于光线追踪运算的RT Core，使用RT Core进行光追运算会比通用运算架构效率高非常多。这让实时光线追踪成为了可能。 但尴尬的是目前除了老黄发布会上用的几个DEMO之外，只有战地Ⅴ这个游戏真正做到了支持光线追踪，其他游戏要么跳票了，要么阉割掉了这个功能。 而这时，3DMark推出光追测试场景Port Royal，无疑成为了NVIDIA市场宣传的大救星。
3DMark是futuremark公司的一款专为测量显卡性能的软件，现已发行3Dmark2005、3Dmark2006、3Dmark vantage、3Dmark 11和The new 3DMark等。而现在的3Dmark已不仅仅是一款衡量显卡性能的软件，其已渐渐转变成了一款衡量整机性能的软件。 因为3DMark的权威性与综合性，其测试分数经常被DIY玩家用于硬件平台性能对比的标准，也因此被DIY圈内人调侃为世界上最好玩的游戏。 毫无疑问，Port Royal的推出能维持光线追踪这个概念的热度，进一步推动实时光线追踪进入普通消费者领域。 Port Royal推出的意义也在于，对于目前显卡的光线追踪性能我们会有一个比较权威的比较标准，而不仅通过厂商的吹嘘，毕竟在未来可能不止NVIDIA，还有AMD，甚至Intel也可能会进入实时光线追踪这个领域。
从整个演示DEMO来看，光线追踪的画面还是很好看的。
为了体现光线追踪渲染的效果，整个画面还是一如既往的有许多镜面。话不多说，下面我们实机测试，看看目前在售的图灵四侠在新的光追场景中分数有多高，我们也会用视频来展现一下光线追踪的场景有多好。 视频展示测试平台评测自然以测试为主，测试平台的搭建也成为了重中之重。
测试使用的CPU是i5-8600K，虽然线程不会特别多，但定位还是比较高端的，而且我们实测发现CPU线程数目对测试场景几乎没有影响，这个后面会说到。
内存使用了16GB，2680MHz的高端内存。 显卡使用了图灵四侠，没啥好说的，为了看看10系显和AMD显卡能不能支持光线追踪，我们还分别挑了一张加入了测试。毕竟虽然传统游戏显卡使用通用运算架构进行光追效率很低，但理论上不是不能进行光追运算。 测试结果
我们首先测试图灵四侠，看看他们表现如何。 RTX四剑客成绩
从测试分数上看，RTX 2080 Ti比RTX 2080的分数要高32%，比RTX 2070要高63%，比RTX 2060则要高110%。 从规格上看，RTX 2080 Ti有68个RT Core，而RTX 2080有46个RT Core，RTX 2070为36个，RTX 2060则有30个。 这样看它们之间的跑分差距会比他们RT Core的数量差距要小一点，看来显卡的光线追踪性能并不仅仅取决于显卡的RT Core数量。
我们也统计了一下各个显卡在Port Royal测试中的平均帧数，价值万元的RTX 2080 Ti也只能跑出36.5帧这个平均帧数，可以看到光线追踪渲染真的巨吃显卡性能！ 连拥有专门用于光线追踪运算单元的RTX 20系显卡都只能跑这么低的帧数，那么其他显卡在测试中表现如何呢？ 其他显卡测试成绩
实测发现无论是10系显卡还是AMD显卡都是无法正常运行Port Royal的，测试显示显卡驱动不支持。 看来是这两种显卡的驱动并没有为光追做适配，这也正常，连20系的成绩都这么惨，旧显卡估计连PPT都播放不了。 其他测试 除此以外我们还在测试时针对Port Royal对于CPU和内存的占用做了记录。
测试时i5-8600K的占用也仅在10%出头，内存占用也不超过5GB，这说明Port Royal测试并没有想象中的那么吃CPU和内存。 未来已来？不一定！现在连3DMark也推出光线追踪的测试场景，这是否说明实时光线追踪已经来到我们身边了呢？
其实测试结果也揭露了一个残酷的事实，那就是第一代支持实时光线追踪的RTX 20系显卡，在巨吃硬件性能的光追场景中也只能做弟弟，连目前在售的万元显卡RTX 2080 Ti也只能跑40帧不到的平均帧。 而根据我们此前做的战地Ⅴ测试，显卡的表现也难称理想，首发测试中RTX 2080 Ti只能做到1080p下60帧，优化后（怎么优化呢？会不会是阉割不明显的光线追踪场景？）提升明显，但也只能达到2K分辨率60帧。
更重要的是，目前无论是老黄的演示DEMO，还是战地Ⅴ游戏场景，也只是使用了混合光线追踪，即使用光线追踪加光栅化混合渲染出游戏场景，并不是全局光线追踪。这也可能是目前实时光线追踪画面没有足够逼真的原因。 回到最开始的讨论，光线追踪渲染一定比光栅化好吗？从显示效果来说是肯定的，但是光线追踪实在太吃显卡性能了，连RTX 2080 Ti也可能做不到混合光追做到1080p下60帧，但与之对比，目前主流使用光栅化渲染的3A大作，千元显卡RX 580/GTX 1060显卡都能随便做到1080p下60帧。 发展了20多年的光栅化渲染已经十分成熟了，而且对于硬件要求也没那么高，这是光栅渲染最大的优势。我们也可以看看下面这个视频。 这个场景是使用光栅化实时渲染的，你能说这个视频的场景不够逼真么？虽然光栅化确实是骗人的技术，但是经过20年发展的光栅化图形学已经能做到了以假乱真的地步，那么我们有必要在硬件性能还不够的情况下强行上光线追踪渲染么？ 在晓边看来暂时是没必要的，光线追踪很美好，但距离我们还有一段距离，未来还没到来。 总结
从画面的角度看，实时光线追踪的游戏画面毫无疑问能让游戏画面更真实，是未来的发展潮流，但是目前的显卡性能却还不能与之匹配，这是实时光线追踪发展目前最大的矛盾。 在这里不得不赞叹一下NVIDIA，NVIDIA作为目前GPU行业的领导者，有着敢于试错的勇气，尝试做出能实时光线追踪的显卡，RT Core的引入无疑是显卡光追性能提升的一大里程碑。 但客观事实是，即使RTX 20系显卡大幅提升光线追踪性能，目前显卡运行光线追踪依然很吃力，实时光线追踪渲染特别是全局实时光线追踪，距离普及还有一段不近的距离。 或许当RTX系列显卡过了两代，当2000元显卡也能在1080p下运行实时光线追踪后，实时光线追踪才算真正来到我们身边吧。 |
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2019-01-16 00:15
出处：PConline原创
责任编辑：lizhuohong
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