光線追蹤時代：GTX480實現影院級特效

2025-01-23 18:56:11

    泡泡網顯卡頻道4月28日 無論從遊戲、電影等圖形圖像相關產業的發展歷史，還是從GPU、CPU等軟硬體技術的前進道路，都可看到模擬真實的現實世界是重要的主題。在虛擬中尋求真實的現實世界，是電子產業的重要目的。為創造更為真實的視覺感受，圖形巨頭NVIDIA和AMD都在不斷努力，Tessellation（曲面細分）、PhysX（物理加速）、Displacement Mapping（貼圖置換）、3D Vision（3D立體顯示）、3D Vision Surround（3D立體環幕）、光線追蹤等技術一直為人們帶來樂趣無窮的視覺衝擊。

    然而，計算機圖形是一系列具有無數種圖形的多樣化問題。在可編程著色器讓每像素逼真度的大幅提升成為可能的今天，光柵化、光線追蹤以及Reyes都是人們廣泛認可的通用渲染算法。在每一種渲染風格中，都存在著不同的解決方案。

    其中光線追蹤或光線追蹤與光柵化的結合都被許多人視作圖形處理的未來發展趨勢，但在過去的GPU上，光線追蹤一直以恐怖的資源耗費而未能進入民用階段。G80是NVIDIA的首款計算架構，其一大創新就是共享存儲器，有助於加快矩陣乘法的運算速度，而矩陣乘法則是諸多數學與物理效果算法的基礎。

    G80的設計反映了人們對擴展GPU功能以解決HPC類難題的願望。但由於程序存儲器的本地性僅在運行時（Runtime）上有效，因此例如光線追蹤、物理效果以及人工智慧等諸多算法無法利用共享存儲器。

    光線追蹤也是過去GPU難以高效運行的代表難題之一，因為光線的方向具有不可預測性，光線追蹤需要GPU進行大量反覆的隨機存儲工作。而過去的GPU為高效起見，一般以線性塊的方式進行存取，這導致過去的GPU很難以較高的效率運行光線追蹤這種渲染模式。

    NVIDIA專門針對DX11設計的圖形核心GF100在設計期間就專門將光線追蹤考慮在內，其計算架構旨在滿足各種各樣的算法需求以及促進GPU在解決並行難題方面的應用普及，也是首款在硬體上支持循環的GPU。

    GF100憑藉每個SM所配備的最多48KB的1級高速緩存以及一個全局2級高速緩存，在運行時存取存儲器同一位置的線程將自動加速運行，無論這些線程選用了那種算法都會實現加速，能夠執行高效的光線追蹤以及大量其它圖形算法。GF100通過提升隨機存儲的性能，GF100的L1、L2大幅提升了光線追蹤效率，L1為臨近的光線增強了存儲器的本地性，L2則增大了顯存帶寬。

    目前在市面上採用GF100核心的產品僅有GTX480和GTX470兩款，NVIDIA在國內大陸老牌AIC翔升新近推出的金剛GTX480和金剛GTX470即是兩款採用GF100核心的公版產品，做工和品質都很不錯。

    GF100核心，不僅在在標準光線追蹤中表現出色，而且在路徑追蹤等高級全局照明算法中也有不凡的表現。路徑追蹤採用大量光線來收集場景中的環境光照信息，可獲得精確的反射與折射效果。

通過GF100的光線追蹤渲染出來的車體

據實際測試來看，GF100的性能可達GT200的四倍之多。

    為了維持性能，遊戲也可以有選擇的運用光線追蹤。例如，光柵化可以用來執行場景的第一個通道，被確定為反射光的像素可以通過光線追蹤來接受進一步的處理。這種混合型渲染模式能夠實現更高性能以及更佳的圖像質量。

    當然，現在N飯們可以去下載NVIDIA的這個Demo，來體驗一下傳說中的光線追蹤到底能有多好的畫質、能有多麼逼真！通過該Demo，玩家可以在虛擬世界中擁有一臺名車，自行更改車體的顏色與裝備，通過光線追蹤可逐點繪製出華麗的表面，然後把這輛不同角度的照片般逼真的車子放在網上跟朋友炫耀，也是件很有意思是事情。

    不過NVIDIA的這個Demo，由於需要極大的運算量，用戶可以發現採用上代顯卡的速度會比較慢，而金剛GTX480/470通過高速平行運算的CUDA核心，則可大幅加速改變材質、光源、場景等參數的過程。■