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(diǎn)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(shí)候給今年的市場(chǎng)發(fā)展尋找關(guān)鍵詞。說到拋在身后，就不禁想起《西游記》當(dāng)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(jī)，美猴王孫悟空、正能量的形象，文體兩開花，弘揚(yáng)中華文化，希望大家能多多關(guān)注……好吧其實(shí)是開玩笑，言歸正傳，如果要給今年的顯卡市場(chǎng)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(shì)來到世上， 猶如在所有人都沒有準(zhǔn)備的時(shí)候點(diǎn)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(huì)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(yuǎn)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(shí)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(fù)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(dāng)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(jī)械鍵盤，一旦你習(xí)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(huì)覺得很寒酸，真實(shí)能一眼就看出它們的光影計(jì)算錯(cuò)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(shí)物理世界光子傳播的方式來計(jì)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(jì)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(jìn)而創(chuàng)造出現(xiàn)有條件內(nèi)最佳、最真實(shí)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(jì)晚些時(shí)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?yàn)橛布耐黄贫斐蛇@項(xiàng)技術(shù)從幕后到幕前的時(shí)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(cè)光線與物體的碰撞(其實(shí)就是照射情況)，如果交點(diǎn)表面為散射面，則計(jì)算光源直接照射該點(diǎn)產(chǎn)生的顏色;如果該交點(diǎn)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(fù)循環(huán)，直到光線射出場(chǎng)景或者達(dá)到規(guī)定計(jì)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(jì)算量)。

我們?yōu)楹涡枰饩€追蹤?

好吧，上面說的似乎有些復(fù)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(diǎn)，以及光線追蹤技術(shù)能夠帶來哪些優(yōu)點(diǎn)兩部分內(nèi)容。

在寫這部分內(nèi)容前，我必須要強(qiáng)調(diào)很多內(nèi)容，因?yàn)樽詮墓饩€追蹤的報(bào)道越來越多以來，很多消息在傳播當(dāng)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(qiáng)無敵，光柵化技術(shù)低效還咸魚還是進(jìn)博物館吧(X)

3.光線技術(shù)就是牛，以后游戲都堆砌它簡(jiǎn)直不能再美(X)

…………

上述言論都是目前一些不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼J(rèn)識(shí)極端化表現(xiàn)后出現(xiàn)的不全面的、錯(cuò)誤的觀點(diǎn)，一旦我們交代清楚前因后果，大家都會(huì)知道它們錯(cuò)在哪里。

(可以這么通俗認(rèn)為)話說在圖形技術(shù)的上古時(shí)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(biāo)準(zhǔn)、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(shí)代就會(huì)出現(xiàn)天才，慢慢地有天才發(fā)現(xiàn)，大家應(yīng)該使用都認(rèn)可的技術(shù)來渲染圖形框架，這樣可以省去時(shí)間跟精力，這時(shí)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(xué)功底過硬的同學(xué)可以自行學(xué)習(xí))，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(shí)現(xiàn)豐富的效果。

所謂光柵化，就是將三維世界里的頂點(diǎn)坐標(biāo)“降維”、“拍扁”的過程，即將這些坐標(biāo)表現(xiàn)在二維的顯示器平面當(dāng)中，成為能夠被顯示的像素點(diǎn)，它是光線追蹤的基礎(chǔ)，也是高效替代方案，但正因?yàn)檫@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(rèn)為罷)，光柵化技術(shù)雖然能夠以較低的成本繪制豐富的場(chǎng)景，但是因?yàn)槠浔旧淼脑?，在有些時(shí)候依然會(huì)顯得比較脫離現(xiàn)實(shí)，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(chǎng)景復(fù)雜的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)陰影渲染太直、太硬的感覺。

正因?yàn)槿绱耍诒臼来_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(qiáng)空間內(nèi)的光影效果，然而現(xiàn)在因?yàn)楣饩€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?yàn)楣饩€追蹤技術(shù)本身的原理就是更加貼近物理現(xiàn)實(shí)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(shí)感、層次感，感受接近真實(shí)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(diǎn)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(xué)家、工程師都是摸魚的嗎?但是閣下的要求實(shí)在是……太難實(shí)現(xiàn)啊!

因?yàn)楣饩€追蹤的原理要求，它需要采樣的光線樣本太多、計(jì)算量太大，因?yàn)槟阈枰涗洝⒆匪莸墓庠葱畔?shí)在是太繁雜，尤其是考慮到刷新率，這些對(duì)于目前的計(jì)算機(jī)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(dòng)層支持，是牽一發(fā)而動(dòng)全身的大工程，為早點(diǎn)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(shí)代的DirectX Raytracing，最為DirectX 12標(biāo)準(zhǔn)的一部分存在，并且集成在Windows 10 October Update 2018當(dāng)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(dāng)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(dòng)，才讓光線追蹤的體驗(yàn)出現(xiàn)在我們的面前，而即使是這樣，目前的游戲當(dāng)中光柵化框架依然是要堅(jiān)持不動(dòng)搖的，準(zhǔn)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(duì)于性能的要求到底有多高。

所以針對(duì)前面的三點(diǎn)不全面、錯(cuò)誤的表述，正確的回答應(yīng)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(xiàn)，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(chǎng)景配合較高的精力、成本，現(xiàn)有技術(shù)依然能夠達(dá)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(shí)的，更現(xiàn)實(shí)的是各有分工的“混合渲染”

4.光線追蹤跟“GeForce RTX”商標(biāo)之間那并不能劃等號(hào)，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(jià)值，但同時(shí)已經(jīng)知道實(shí)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(yīng)用。

光線追蹤技術(shù)的應(yīng)用前景如何?

理論上看光線追蹤技術(shù)的價(jià)值不可忽視，但是實(shí)際應(yīng)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(shí)現(xiàn)光線追蹤技術(shù)需要本身極高的運(yùn)算性能，而且在微架構(gòu)層面要有特定的硬件級(jí)加速單元(RT Core)，所以現(xiàn)在Intel、AMD在這方面都是賬面支持，實(shí)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(duì)不對(duì)?

但其實(shí)增加光線追蹤技術(shù)的難度，準(zhǔn)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(fù)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(shí)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(shí)間表，大概率是要到2019年上半年，真正能夠?yàn)槲覀兎?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(shí)很高，表現(xiàn)力確實(shí)很不錯(cuò)，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(yīng)的硬件需求。

首先來看看單機(jī)戰(zhàn)役模式，因?yàn)閱螜C(jī)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(duì)岸的火光能夠直接反射到湖中，樹木的倒影更加真實(shí)，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(shí)性同樣不如前者。

隨后是走進(jìn)山中的戰(zhàn)斗，對(duì)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(huì)發(fā)現(xiàn)這顆后端推進(jìn)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(dú)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(huì)發(fā)現(xiàn)這片積水的反射效果相當(dāng)好，不，不能簡(jiǎn)單說是好，應(yīng)該說是精細(xì)、豐富，保留有很多樹木、草木的細(xì)節(jié)，而關(guān)閉光線追蹤后睡眠的反射則相當(dāng)簡(jiǎn)單、簡(jiǎn)略。

最后再來看看多人模式的表現(xiàn)，我們依然選擇以前對(duì)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(shí)的反射周遭的人物、環(huán)境，比如玩家經(jīng)過的時(shí)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(shí)。

看上去效果很不錯(cuò)是不是?那么這背后的性能要求如何呢?其實(shí)最初發(fā)布的時(shí)候《戰(zhàn)地V》光線追蹤性能確實(shí)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(dòng)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(jià)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(shí)現(xiàn)超過70FPS的表現(xiàn)，而RTX 2080則可以進(jìn)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。