游戏画面更真实的利器,解析NVIDIARTXGPURTcor

作者: / / 时间:2020-07-22 / / 浏览量: 445次

游戏画面更真实的利器,解析NVIDIARTXGPURTcor
NVIDIA 新一代旗舰显示卡 RTX 2080 于 21 日凌晨发表,藉由新的图灵架构,为玩家提供逼真的游戏体验。然而,新一代显示卡和先前发表以 Volta 架构为核心的 Titan V 有什幺差异?为什幺带来更逼真的体验?
这一代图灵显示卡,NVIDIA 新增了名为 RT core 的新运算单元。就如同在 Volta 新增的 Tensor core,是为特殊应用情境而设计的计算元件。此元件设计的目标为让 GPU 拥有即时运算光线追蹤的能力。一种可让游戏更逼真的渲染演算法。

然而,以前没有採用光线追蹤时,游戏也可以做得很逼真,为什幺还要新增额外的电路呢?这就要比较现有渲染演算法 Rasterization 及 Ray Tracing 了。


Rasterization,经典且好用的演算法

现行电脑绘图中,显示卡会将显示的资料以三维空间方式储存,之后再投影整个空间,留下可被使用者看到的部分,以形成二维画面。详细演算法可参考《从点到面、从黑白到彩色,一步步绘出奇幻世界的显示卡》一文。


过去数十年的发展,此演算法的蓬勃发展,为游戏玩家带来相当逼真的游戏介面。然而,要绘製更逼真的光学效果,诸如金属的反射、玻璃的折射及阴影等,现有的 Rasterization 有其极限。


如果,可直接使用几何光学模拟光学的实际状况,不就能做出相当拟真的光学效果吗?此方法已被广泛用在现在的电影特效,此方法的逼真程度,从现在的电影特效就得以了解。


Ray Tracing,以光学为核心的渲染法

光线追蹤是以光线的物理特性为核心的演算法。原理是从使用者端当起点,寻找光线反射折射的路径并算出使用者会看到的物体颜色及亮度。如下图所示:

游戏画面更真实的利器,解析NVIDIARTXGPURTcor


然而,由于是让大量光线在空间中反射折射,且空间中物体的状况未知,每绘製一张图所需的计算量相当巨大,无法即时算出结果,因此游戏产业尚未大量採用此技术。


新一代 GPU 中,NVIDIA 正式将 RT core 加入绘图卡,让即时光学渲染法不再是梦想,CEO 黄仁勋便在 SIGGRAPH 2018 示範即时 Ray Tracing 成果。
从影片可看到,採用新一代技术的显示卡,可即时绘製绚丽的光泽,让游戏逼真程度更上层楼,更可绘製出许多旧有技术无法满足的细节。


技术大混合,Ray Tracing+Machine Learning

然而不可否认,现在的光线追蹤技术还没办法即时完成绘图工作,尚未完成工作就收集结果时,计算出来的成果会如下图左半,还有相当多杂讯。

游戏画面更真实的利器,解析NVIDIARTXGPURTcor

这些杂讯是来自模拟的光线数量不足,无法彻底填补细节。此时,便需要降噪器填补细节缺失。NVIDIA 去年的论文,便示範可使用 Machine learning 达成此目标。使用降噪器后,便如图右半边那样,带来逼真的场景。


水到渠成?绘图 API 已支援此技术!

然而,硬体厂商最大梦魇便是整个生态系的成熟度,有再好的硬体,没有软体支援都是空谈。因此,NVIDIA 发表此显卡前,便积极将 Ray Tracing 功能加入开放式绘图 API Vulkan,同时也和微软合作,将光线追蹤功能导入 DirectX 12,更和数家知名游戏引擎开发者,如 Unity、Unreal Engine 等合作。


SIGGRAPH 2018 中,微软 DirectX 开发长介绍了他们如何将光线追蹤和既有的渲染器结合,让 Rasterization 和 Ray Tracing 互补优缺点。此外,此 API 已能使用,只需使用 Windows 10 v1803 开发者版本并有可执行 DirectX 12 DXR 的 GPU,便可尝试 Ray Tracing 效果。


随着显示卡技术发展及游戏引擎开发商的推进,或许在不久的将来,我们就能玩到如电影画面精緻的游戏,让游戏产业更上一层楼。



上一篇: 下一篇: