如今的游戲畫(huà)質(zhì)越做越精美，而同時(shí)對(duì)GPU/CPU的需求也相應(yīng)拔高。不少同學(xué)應(yīng)該深有感觸，幾年前購(gòu)買(mǎi)的電腦在更新固態(tài)硬盤(pán)和內(nèi)存條后好似滿血復(fù)活了，可是一旦運(yùn)行當(dāng)下的游戲，立馬就被PPT般的幀數(shù)打回原形。

游戲廠商往往和硬件廠商緊密合作，熱門(mén)大作采用最新的畫(huà)面技術(shù)和引擎，想要獲得流暢高清的游戲體驗(yàn)？加錢(qián)吧。

不過(guò)近幾年來(lái)自顯卡危機(jī)（孤島危機(jī)戲稱）之后，好像再?zèng)]有出現(xiàn)類似的“顯卡殺手”級(jí)別游戲。孤島危機(jī)給3A大作全局光照效果，增強(qiáng)顯示效果的同時(shí)也大大增加了計(jì)算量。

下一個(gè)革命性的游戲畫(huà)質(zhì)增長(zhǎng)點(diǎn)在哪呢？那當(dāng)然是光線追蹤了。

去年我們對(duì)于Nvida的一系列布局有過(guò)跟進(jìn)介紹 (Nvidia 新論文解決光線追蹤、路徑追蹤問(wèn)題)，當(dāng)時(shí)還有些奇怪，N廠作為硬件廠商怎么做起了光線追蹤？

如今他們的目的可以說(shuō)是昭然若揭——用光線追蹤榨干用戶們的顯卡性能，以便推銷自家下一代顯卡設(shè)備。

最近，來(lái)自烏克蘭的游戲公司4AGAMES表示，他們的新款游戲《地鐵：逃離》將會(huì)成為第一款使用RTX光線追蹤技術(shù)的游戲。而這個(gè)RTX光線追蹤技術(shù)，就是Nvidia前段時(shí)間在GDC2018上推出的，號(hào)稱可以利用光線追蹤模擬更完美的光照質(zhì)感，秒殺傳統(tǒng)的光柵渲染的一項(xiàng)技術(shù)。

對(duì)游戲史有所了解的同學(xué)應(yīng)該還記得，《地鐵2003》曾經(jīng)也是一款顯卡殺手級(jí)別的游戲，如今它的續(xù)作又要讓廣大玩家的顯卡瑟瑟發(fā)抖了。不出意外，一大批游戲廠商也將會(huì)把光線追蹤加入進(jìn)自家3A大作，提高畫(huà)質(zhì)效果。

這讓一眾游戲廠商趨之若鶩的RTX光線追蹤，到底神奇在何處呢？

RTX光線追蹤

在去年關(guān)于英偉達(dá)的光線追蹤文章中我們有過(guò)大致的介紹，當(dāng)下以及以前的主流渲染方式采用的是光柵化渲染，也就是通過(guò)先計(jì)算多邊形或者三角形的頂點(diǎn)的坐標(biāo)變換，然后再這些多邊形內(nèi)進(jìn)行紋理填充。

這種辦法的計(jì)算量小，但是成像效果不理想，尤其是在渲染倒影、陰影等細(xì)節(jié)的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)明顯的失真，也不容易實(shí)現(xiàn)全局光照。

因此我們提出了光線追蹤法。

光線追蹤直接模擬穿過(guò)虛擬環(huán)境的光線， 創(chuàng)建代表從環(huán)境到相機(jī)的光路反向的光線。射線與場(chǎng)景相交，確定射線擊中哪個(gè)物體，如果有的話。材質(zhì)著色器或環(huán)境著色器計(jì)算照明值沿著光線的路徑。最后，產(chǎn)生的光照值被寫(xiě)入幀緩沖器。

這樣一來(lái)，雖然顯示效果是上去了，但是運(yùn)算量也太龐大了點(diǎn)，不適合作為實(shí)時(shí)渲染使用。

實(shí)時(shí)光線追蹤的概念并不復(fù)雜，但是計(jì)算量大。理論上講，光線追蹤包括投射場(chǎng)景中每個(gè)光源的光線，產(chǎn)生（通常是隨機(jī)的）光線，并在它們碰撞時(shí)跟隨它們并在表面上反射。在每個(gè)表面上，光線的特性都與其碰觸的材料的特性以及它相交的角度相結(jié)合?？梢阅M反射光線的多條射線來(lái)追蹤可能采用不同顏色從而反射出物體的光線。追蹤過(guò)程一直持續(xù)到光線離開(kāi)場(chǎng)景。

為了解決計(jì)算量和耗時(shí)問(wèn)題，我們必須得做出簡(jiǎn)化。

首先，我們需要將場(chǎng)景中的所有對(duì)象的著色器加載到GPU的內(nèi)存中，并在需要計(jì)算交叉點(diǎn)的時(shí)準(zhǔn)備好。

另外，Nvidia還推出了一個(gè)新的降噪模塊。去噪在光線追蹤中非常重要，因?yàn)槲覀冎荒軓南鄼C(jī)中的每個(gè)像素投射有限數(shù)量的光線。所以除非讓射線追蹤器長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行來(lái)填補(bǔ)現(xiàn)場(chǎng)，否則你會(huì)看到許多令人不快“噪音”。降低噪音，就可以提高質(zhì)量輸出的速度。

RTX還具有加速對(duì)象功能，例如，通過(guò)一些光線追蹤器緩存在交叉點(diǎn)，進(jìn)行簡(jiǎn)單的變換，并且預(yù)測(cè)他們將在下一幀出現(xiàn)的位置。

近日，NVIDIA表示正在為Vulkan開(kāi)發(fā)光線追蹤API。

Nvidia正在通過(guò)擴(kuò)大VK_NV_raytracing這個(gè)開(kāi)放圖形API來(lái)推廣他們的RTX技術(shù)，他們向Khronos集團(tuán)提供了其方法，旨在標(biāo)準(zhǔn)化Vulkan內(nèi)的實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)。