我們的2018年已經(jīng)過去，說漫長卻難以伸手抓住、說短暫卻巴不得早點脫身的2018年被我們拋在身后似乎僅僅是一瞬間的事情，所以是時候給今年的市場發(fā)展尋找關(guān)鍵詞。說到拋在身后，就不禁想起《西游記》當中孫悟空一躍十萬八千里的筋斗云，今年下半年中美合拍的《西游記》即將正式開機，美猴王孫悟空、正能量的形象，文體兩開花，弘揚中華文化，希望大家能多多關(guān)注……好吧其實是開玩笑，言歸正傳，如果要給今年的顯卡市場找關(guān)鍵詞的話，那肯定是“光線追蹤”，光線追蹤技術(shù)在今年年初以毫無征兆之勢來到世上， 猶如在所有人都沒有準備的時候點燃的煙火，并且在秋天憑借新一代圖靈架構(gòu)顯卡集中到來，而在2019年，將會有更多支持光線追蹤的游戲，所以我們需要幫助讀者用一文看懂光線追蹤。
到底什么是光線追蹤?
我們來假設(shè)你并非是熟悉硬件的游戲玩家，那么你很有可能在以前從未聽說過光線追蹤，所以經(jīng)過近半年的、遠超范弗利特彈藥量投送的新聞轟炸后，你很有可能早已感到聽覺疲勞：到底什么是光線追蹤?為什么我需要知道這玩意?以前大家都沒有光線追蹤的時候不是一切都很好嗎?難道我們現(xiàn)在就像等待加內(nèi)特或者是皮爾斯復出的波士頓一樣等待著光線追蹤技術(shù)帶領(lǐng)我們撐過總決賽?
當然并沒有這么夸張，光線追蹤技術(shù)就像錦上添花，但是就像后知后覺的一切美好，比如說你第一次用固態(tài)硬盤、第一次用高性能顯卡、第一次用4K HDR G-Sync顯示器、第一次用手感完美的機械鍵盤，一旦你習慣光線追蹤創(chuàng)造出來的逼真環(huán)境，你再看到過往的光影環(huán)境就會覺得很寒酸，真實能一眼就看出它們的光影計算錯陰影投射、光線的明暗。
那么說那么多，到底光線追蹤技術(shù)是何方神圣呢?所謂的光線追蹤技術(shù)，就是采用更加接近真實物理世界光子傳播的方式來計算環(huán)境內(nèi)光線的照射路徑以及與物體碰撞后形成的反射效果，以此計算哪里明亮、哪里昏暗、哪里是被第一次光線反射而照亮的、光線照到這里然后反射到哪里跟哪里……并且根據(jù)物體表面的不同材質(zhì)，反射的光線同樣有明亮而銳利、昏黃而溫和的區(qū)分，進而創(chuàng)造出現(xiàn)有條件內(nèi)最佳、最真實的解決方案。
光線追蹤并非是全新的技術(shù)，其基本思路在上世紀晚些時候已經(jīng)有充分的雛形與發(fā)展，今年被提升議程的主要原因是因為硬件的突破而造成這項技術(shù)從幕后到幕前的時間被大幅縮短。光線追蹤主要思想是從我們的觀察位置向成像平面上的像素發(fā)射光線，并檢測光線與物體的碰撞(其實就是照射情況)，如果交點表面為散射面，則計算光源直接照射該點產(chǎn)生的顏色;如果該交點表面為鏡面或折射面，則繼續(xù)向反射或折射方向跟蹤另一條光線，如此往復循環(huán)，直到光線射出場景或者達到規(guī)定計算次數(shù)(NVIDIA表示目前的GeForce RTX大多采集50次，而這已經(jīng)是很大的計算量)。
我們?yōu)楹涡枰饩€追蹤?
好吧，上面說的似乎有些復雜，能不能直接說光線追蹤技術(shù)到底好在哪里?畢竟不能你說要買我們就必須買，重要得是要知道錢花在哪里，而這部分內(nèi)容就需要展開去說，即目前以光柵化框架為渲染基礎(chǔ)的游戲有哪些缺點，以及光線追蹤技術(shù)能夠帶來哪些優(yōu)點兩部分內(nèi)容。
在寫這部分內(nèi)容前，我必須要強調(diào)很多內(nèi)容，因為自從光線追蹤的報道越來越多以來，很多消息在傳播當中被或多或少的誤解，看到比較多的誤區(qū)包括但不限于：
1.光線追蹤主要都是NVIDIA在推廣，他們是光線追蹤技術(shù)最重要的奠基人(X)
2.光線追蹤技術(shù)強無敵，光柵化技術(shù)低效還咸魚還是進博物館吧(X)
3.光線技術(shù)就是牛，以后游戲都堆砌它簡直不能再美(X)
…………
上述言論都是目前一些不嚴謹?shù)恼J識極端化表現(xiàn)后出現(xiàn)的不全面的、錯誤的觀點，一旦我們交代清楚前因后果，大家都會知道它們錯在哪里。
(可以這么通俗認為)話說在圖形技術(shù)的上古時期，就好像盤古在蛋中沉睡并蘇醒一樣，他發(fā)現(xiàn)世界一片混沌，各種各樣的標準、規(guī)格漫天都是，他說不行，這不符合基本法，世界要統(tǒng)一，要書同文、車同軌、統(tǒng)一度量衡，于是慢慢地，大家開始使用統(tǒng)一的渲染單元，使用統(tǒng)一的圖形接口，于是大家開始慢慢朝同樣的方向開發(fā)游戲，但是大家都知道在看上去無聊的時代就會出現(xiàn)天才，慢慢地有天才發(fā)現(xiàn)，大家應該使用都認可的技術(shù)來渲染圖形框架，這樣可以省去時間跟精力，這時候推出的技術(shù)就叫做光柵化(這里向大家推薦由人品與技術(shù)都無可挑剔的葉勁峰先生翻譯的《游戲引擎架構(gòu)》，數(shù)學功底過硬的同學可以自行學習)，光柵化技術(shù)是目前絕大多數(shù)圖形技術(shù)的基礎(chǔ)，它最大的積極意義就在于能夠通過較低的硬件開銷實現(xiàn)豐富的效果。
所謂光柵化，就是將三維世界里的頂點坐標“降維”、“拍扁”的過程，即將這些坐標表現(xiàn)在二維的顯示器平面當中，成為能夠被顯示的像素點，它是光線追蹤的基礎(chǔ)，也是高效替代方案，但正因為這是長久以來軟件向硬件性能妥協(xié)的結(jié)果(姑且就這么認為罷)，光柵化技術(shù)雖然能夠以較低的成本繪制豐富的場景，但是因為其本身的原理，在有些時候依然會顯得比較脫離現(xiàn)實，比如光影缺少層次感、空間內(nèi)僅僅出現(xiàn)“亮、很亮、中等、很暗、暗”的過渡，并且在場景復雜的時候會出現(xiàn)陰影渲染太直、太硬的感覺。
正因為如此，在本世代開始出現(xiàn)各種環(huán)境光遮蔽(AO)、屏幕空間反射(SSR)、立體像素全局光照(VXGI)技術(shù)都是意圖扭轉(zhuǎn)這種局面，盡可能增強空間內(nèi)的光影效果，然而現(xiàn)在因為光線追蹤技術(shù)的到來，原本高度的Tricky在深層次原理層面得到解決，因為光線追蹤技術(shù)本身的原理就是更加貼近物理現(xiàn)實的。
所以說，光線追蹤技術(shù)就是能夠更直接、更深度改變游戲中光影效果生成方式、呈現(xiàn)方式的技術(shù)，相比以往在受妥協(xié)的框架內(nèi)的技術(shù)，光線追蹤技術(shù)能夠極大程度提高光影的真實感、層次感，感受接近真實世界的光影效果。
這里的反射效果是比較典型而夸張的例子
既然這么完美，為什么不早點推出呢?
混蛋!你以為我們不想嗎?你以為全世界的程序員、科學家、工程師都是摸魚的嗎?但是閣下的要求實在是……太難實現(xiàn)啊!
因為光線追蹤的原理要求，它需要采樣的光線樣本太多、計算量太大，因為你需要記錄、追溯的光源信息實在是太繁雜，尤其是考慮到刷新率，這些對于目前的計算機生態(tài)都提出極為苛刻的要求，不單單是需要極高性能的顯卡、還需要支持充分的操作系統(tǒng)、驅(qū)動層支持，是牽一發(fā)而動全身的大工程，為早點讓光線追蹤技術(shù)成為能唾手可得的技術(shù)，首先是微軟在年初的GDC 2018推出劃時代的DirectX Raytracing，最為DirectX 12標準的一部分存在，并且集成在Windows 10 October Update 2018當中，這才是踏出支持的第一步，讓后面的一切成為可能。
然后是NVIDIA，通過大量工程師的努力，在微架構(gòu)層面在最新的圖靈顯卡當中增加為加速光線追蹤性能的專用模塊RT Core，再通過聯(lián)合游戲廠商推出專門的優(yōu)化驅(qū)動，才讓光線追蹤的體驗出現(xiàn)在我們的面前，而即使是這樣，目前的游戲當中光柵化框架依然是要堅持不動搖的，準確來說目前是光柵化+光線追蹤共同努力的“混合渲染”，可見光線追蹤技術(shù)對于性能的要求到底有多高。
所以針對前面的三點不全面、錯誤的表述，正確的回答應該是這樣的：
1.盡管NVIDIA在開發(fā)、推廣光線追蹤方面有重要貢獻，但是微軟的基礎(chǔ)性工作同樣是值得大家關(guān)注的
2.低估光柵化框架的潛力是幼稚的，如果是固定的場景配合較高的精力、成本，現(xiàn)有技術(shù)依然能夠達到很高的高度
3.以今天的硬件水平，拋棄光柵化的框架是不現(xiàn)實的，更現(xiàn)實的是各有分工的“混合渲染”
4.光線追蹤跟“GeForce RTX”商標之間那并不能劃等號，前者是范圍更大的全集
所以經(jīng)過全面的討論，相信大家已經(jīng)知道光線追蹤技術(shù)的含義與價值，但同時已經(jīng)知道實現(xiàn)它的難度有多高、它的難度到底在哪里，相信在理論層面都已經(jīng)有一定的了解，下面我們主要來討論它的應用。
光線追蹤技術(shù)的應用前景如何?
理論上看光線追蹤技術(shù)的價值不可忽視，但是實際應用還是要看支持的游戲。由于我們前面已經(jīng)解釋的原因，要實現(xiàn)光線追蹤技術(shù)需要本身極高的運算性能，而且在微架構(gòu)層面要有特定的硬件級加速單元(RT Core)，所以現(xiàn)在Intel、AMD在這方面都是賬面支持，實際的產(chǎn)品還沒有到來，所以我們唯一能夠觸及的就是NVIDIA GeForce RTX，根據(jù)官方八月份公布的消息，能夠支持光線追蹤的游戲共11款，包括《神力科莎(Assetto Corsa Competizione)》、《戰(zhàn)地(Battlefield)V》、《控制(Control)》、《逆水寒(Justice)》、《地鐵(Metro Exodus)》、《古墓麗影：暗影》，看起來雖然不算很多但夠玩是夠玩對不對?
但其實增加光線追蹤技術(shù)的難度，準確來說是為游戲增加GeForce RTX技術(shù)的難度比想象得大得多，這本身就是極為復雜的技術(shù)，所以原本是今年年底發(fā)售的《地鐵(Metro Exodus)》已經(jīng)跳票到二月份，《古墓麗影：暗影》說好的光線追蹤技術(shù)不僅跳票而且連何時出爐都不知道，現(xiàn)在這份承諾可能已經(jīng)被人遺忘，《逆水寒》尚且沒有具體的時間表，大概率是要到2019年上半年，真正能夠為我們服務(wù)的，目前僅有《戰(zhàn)地V》一款游戲而已，好在寒霜引擎的潛力確實很高，表現(xiàn)力確實很不錯，我們這次就通過這款游戲來為大家展示光線追蹤的效果，以及相應的硬件需求。
首先來看看單機戰(zhàn)役模式，因為單機戰(zhàn)役模式的節(jié)奏是穩(wěn)定可控的，所以比較容易捕捉精彩鏡頭。我們選擇非裔士兵這關(guān)來看看光線追蹤能帶來怎樣的視覺改觀，首先大家可以見到，在開啟光線追蹤后，湖面對岸的火光能夠直接反射到湖中，樹木的倒影更加真實，但是關(guān)閉光線追蹤后是什么都沒有的，沒有火光，樹木的倒影的真實性同樣不如前者。
隨后是走進山中的戰(zhàn)斗，對面的德軍裝備非常好，直接發(fā)射一顆反坦克火箭筒過來，打開光線追蹤你會發(fā)現(xiàn)這顆后端推進的火箭戰(zhàn)斗部能照亮旁邊的野草，而關(guān)閉光線追蹤后唯獨戰(zhàn)斗部底部的地面能夠被照亮。
最后戰(zhàn)斗開始，這是一塊有積水的山地，打開光線追蹤你會發(fā)現(xiàn)這片積水的反射效果相當好，不，不能簡單說是好，應該說是精細、豐富，保留有很多樹木、草木的細節(jié)，而關(guān)閉光線追蹤后睡眠的反射則相當簡單、簡略。
最后再來看看多人模式的表現(xiàn)，我們依然選擇以前對比的鹿特丹地圖，大家可以看到開啟光線追蹤后，最明顯的就是車輛的金屬表面能夠很真實的反射周遭的人物、環(huán)境，比如玩家經(jīng)過的時候能夠看到身體的倒影，還有玻璃櫥窗的反射效果都同樣很真實。
看上去效果很不錯是不是?那么這背后的性能要求如何呢?其實最初發(fā)布的時候《戰(zhàn)地V》光線追蹤性能確實是有待優(yōu)化的，不過經(jīng)過12月份EA的更新，再配合NVIDIA GeForce驅(qū)動的更新，性能已經(jīng)提升不少，根據(jù)NVIDIA官方推薦的性能來看，RTX 2070、RTX 2080、RTX 2080 Ti的性能都提高不少，首先是RTX 2070，作為目前最優(yōu)性價比的光線追蹤顯卡，建議是在1080p分辨率打開低(RTX Low)，這樣就能實現(xiàn)超過70FPS的表現(xiàn)，而RTX 2080則可以進階到1440p分辨率，同樣的RTX Low設(shè)定可以跑到66.8FPS，這可是1440p分辨率哦，然后就是旗艦顯卡的RTX 2080，它可以跑1440p分辨率、RTX Ultra設(shè)定，還能穩(wěn)穩(wěn)超過60 FPS，旗艦就是旗艦。
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