玩遊戲少了光線追蹤(光追)少一味,那麼它是什麼?

玩遊戲少了光線追蹤(光追)少一味,那麼它是什麼?

「光線追蹤」是近幾年都可以聽到的熱門術語,你了解它嗎?

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Nvidia 放棄了 GTX,轉而使用 RTX 來突出光線追蹤的重要性,AMD 和 Intel 也在自家顯卡中添加了光線追蹤的功能,你甚至可以在最新的 Playstation 和 Xbox 使用,光線追蹤同樣也是讓你購買新顯卡的動力之一。在過去的幾年裡,有無數的技術展現在我門面前,光線追蹤有什麼不同嗎?它是遊戲圖形的未來,還是另一個行銷噱頭?

玩遊戲少了光線追蹤(光追)少一味,那麼它是什麼?

光線追蹤:一種使遊戲更逼真的照明方式

簡而言之,光線追蹤是一種在 3D 中準確渲染照明的方法,被認為能夠建立更逼真照明效果(如陰影和反射)的最佳方法。在將光線追蹤與 4K、VR 或 AI 進行比較,當使用光柵化等傳統 3D 渲染技術已經可以實現良好的照明時,你可能會想「那又怎樣」。儘管如此,光線追蹤還是為 3D 圖形帶來更多真實感的一種新手段,從這個意義上說,它與 4K 一樣。

光線追蹤的簡單解釋,它透過與人眼相同的運作卻用相反的方法來計算真實的光照。對於人類來說,來自太陽或燈泡的光線要嘛直接進入眼睛,要嘛從其他物體上反射直到進入眼睛,然後再由大腦處理所有這些資訊。於光線追蹤來說,相機發出光線,當照射至某物體時,它們會傳播到任何相關光源;如果光線在抵達光源時碰到另一個物體就會產生陰影。

圖片來源:Henrik / Wikipedia

2018 年,當 Nvidia 首度發表 RTX 20 系列時,「光線追蹤」這個名詞進入了遊戲社群的集體意識中,同時該產品也是首款支援光追的遊戲 GPU。然而,Nvidia 並不是發明了光線追蹤,也不是開發顯卡來實現它。光線追蹤已經存在數十年之久,《怪怪屋》(Monster House)與《汽車總動員》(Cars)等電影都是利用光線追蹤進行渲染。Nvidia 在光追上的成就是開發出非常擅長處理光線追蹤的硬體,可以比過去更快速地即時渲染,Nvidia 稱此成就為「圖形的聖盃」(holy grail of graphics)。

光線追蹤在遊戲裡的預期效果

雖然光線追蹤不僅僅用於遊戲,但它是最新 GPU 的一項重要功能,因此這邊將主要關注光線追蹤如何影響遊戲體驗的部分。因為我們都喜歡玩幀率至少為 30FPS 的遊戲,所以光線追蹤在 RTX 20 系列之前從未被注意過,而第一批獲得光線追蹤支援的遊戲是 2018 年推出的《古墓奇兵:暗影》和《戰地風雲 5》等遊戲,但是並非所有遊戲都實現了所有可能的光線追蹤功能,例如,有些遊戲僅具有光線追蹤陰影或全域照明。

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迄今為止,具備硬體加速光線追蹤功能的桌上型 GPU 是 Nvidia 的 RTX 20、30 和 40系列,AMD 的 RX6000 和 7000系列以及 Intel 的 Arc Alchemist 系列。儘管所有這些供應商之間的影像品質相同,但性能卻不一樣。雖然 RTX 4080 和 RX 7900 XTX 在沒有光線追踪的光柵化場景中表現大致相同,但啟用光線追踪後,4080 通常更快。 AMD 的顯卡的光線追踪能力通常比 Nvidia 或 Intel 的要弱。 此外,光線追踪受益於更強大的硬體,因此高階顯卡可以獲得比低階顯卡更高的幀率。有些智慧型手機晶片也支持它,Arm 的下一代 Immortalis GPU 對其也有所改進。

光線追蹤一個重要的問題是,即使使用硬體加速,它還是一種相對非常慢的渲染方式。在最新遊戲中,最高等級的光線追蹤可以把幀率降到一半。更關鍵的是遊戲裡面只有部分是光線追蹤場景。Nvidia 推動 DLSS 技術來使光線追蹤可以用超過 30FPS 的幀率遊玩,但無可否認的是,光線追蹤確實是效能殺手。另一個問題是支援光線追蹤的遊戲不多,根據 的統計,有 170 款遊戲具備光線追蹤功能,但在該網站提供的清單中只有顯示大約 90 款。其中一些遊戲是《Minecraft 》和《雷神之槌 2》等,雖然這些遊戲都很棒,但與其他現代 3A 遊戲相比,圖形的真實度並不高。光線追蹤要在遊戲中實現已經有點困難,當你優先考慮到只有 DX12 和 Vulka 支援光線追蹤時,很容易就看得出來為什麼可以支援的遊戲這麼少。

那麼,光線追蹤是實用的未來還是噱頭?

自從 Nvidia RTX 20 系列問世以來,人們對於光線追踪的實用性一直爭論不休。 一方面,它無疑是渲染光線最真實的方法,而且充分利用配備高階 GPU 和 CPU 的高階設備。 但另一方面,它是一個幀率殺手,而且每年推出的光線追踪遊戲大約只有 20 款,至少目前看來是這樣。真正阻止光線追蹤成為遊戲基本配備的一件事,在於它缺乏內容方面的支援,這個問題已經存在多年。當 Nvidia 在 2018 首度發表配有光線追蹤功能的 RTX GPU 和 RTX 軟體時,還承諾光線追蹤將應用於 21 款現有和即將推出的遊戲。在這 21 款遊戲,僅有 9 款以某種形式支援。光線追蹤甚至沒有出現在 Nvidia 從 2018 年開始大力推廣的《原子之心》(Atomic Heart)裡面。

目前,即使你擁有支援硬體加速光線追蹤的 GPU 也可能不足以保證能夠用到它。這並不是說這項技術沒有未來性,而是在這個時間點,光線追蹤屬於小眾功能,介於未來大事與實用之間的尷尬位置。從最新的電影來看,光線追蹤可以讓 3D 場景看起來很棒,但是必須讓光線追蹤進入到更多遊戲裡,必且有更快的顯卡才能真正加快實現它的實用性。

 

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