DX12終極版對(duì)光追技術(shù)有什么意義

近日，微軟正式發(fā)布了全新的API DX12終極版（DirectX 12 Ultimate），在DirectX 12_1的基礎(chǔ)上位玩家們帶來(lái)了全新的光線(xiàn)追蹤（DirectX Raytracing 1.1）、可變速率著色（VRS）、網(wǎng)狀/網(wǎng)格著色器（Mesh）和采樣器反饋（Sampler Feedback）等新特性。

按照慣例，每一代DX都會(huì)預(yù)制在新一代Windows版本上：DX9對(duì)應(yīng)Windows XP、DX12對(duì)應(yīng)Windows10等，每一代DX的應(yīng)用都會(huì)對(duì)推動(dòng)各種多媒體應(yīng)用的新特性發(fā)揮重要作用。

尤其是對(duì)于PC游戲來(lái)說(shuō)，每一代DX的特性都是未來(lái)數(shù)年內(nèi)主流游戲技術(shù)發(fā)展的風(fēng)向標(biāo)。

在DX被應(yīng)用在Xbox平臺(tái)后，開(kāi)始打破PC平臺(tái)和游戲主機(jī)平臺(tái)之間的界限。

除了降低開(kāi)發(fā)人員的移植成本外，可以更加有效地促進(jìn)各種游戲效果新特性的普及，DX12終極版也將應(yīng)用在XBox Seires X上。

而作為最高最高的核心技術(shù)光線(xiàn)追蹤，也將隨著新一世代游戲主機(jī)的發(fā)布而插上快速普及的翅膀。

下面，我們就一起來(lái)看看光線(xiàn)追蹤的現(xiàn)狀和DX12終極版對(duì)光追技術(shù)大規(guī)模普及的意義。

光線(xiàn)追蹤：從質(zhì)疑到真香

英偉達(dá)（NVIDIA）在Gamescom2018大會(huì)上公布圖靈（Turing）架構(gòu)顯卡后，原本在電影后期大規(guī)模使用的光線(xiàn)追蹤就成為游戲領(lǐng)域最受關(guān)注的新技術(shù)。

但由于需要專(zhuān)門(mén)的RT Core單元支持，只有英偉達(dá)的RTX系列顯卡可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)光線(xiàn)追蹤渲染，加上初期支持光追的游戲數(shù)量不多，光追技術(shù)的發(fā)展曾經(jīng)不被人看好。

實(shí)時(shí)光線(xiàn)追蹤技術(shù)的最大意義是明顯提高游戲中的光影效果，從而提供更佳的游戲畫(huà)質(zhì)，部分玩家一度認(rèn)為光線(xiàn)追蹤其實(shí)只是一個(gè)傳統(tǒng)光效換個(gè)馬甲的“營(yíng)銷(xiāo)套路”。

但實(shí)際上，RT光追比傳統(tǒng)提前渲染好的光線(xiàn)效果更為復(fù)雜，由于是根據(jù)光源位置進(jìn)行實(shí)時(shí)物理渲染，玩家可以在游戲中獲得更接近真實(shí)世界的交互體驗(yàn)。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，在使用GPU光柵化技術(shù)時(shí)，我們?cè)阽R面或者水面看到的鏡像都是提前渲染好的。

但如果能使用光線(xiàn)追蹤，你可以看到與現(xiàn)實(shí)世界一致的光線(xiàn)反射，看到的都是該場(chǎng)景下各個(gè)物體實(shí)時(shí)反射的畫(huà)面，除了畫(huà)面效果外也提供了更大的交互可能。

與光線(xiàn)追蹤技術(shù)在電影工業(yè)屆二十多年前就開(kāi)始發(fā)展的道路相似，隨著硬件的跟進(jìn)，特別是RTX2060這種“實(shí)惠”產(chǎn)品的出現(xiàn)。

加上前期優(yōu)化不足的3A大作紛紛通過(guò)補(bǔ)丁大幅度提高運(yùn)算效能，配合DLSS（深度學(xué)習(xí)超級(jí)采樣）抗鋸齒的使用，光線(xiàn)追蹤進(jìn)入到一個(gè)真正“能玩”的階段。

肉眼可見(jiàn)的畫(huà)面提升加上入門(mén)門(mén)檻的降低，已經(jīng)有越來(lái)越多人選擇升級(jí)硬件來(lái)體驗(yàn)這項(xiàng)新技術(shù)。

DirectX 12終極版：讓開(kāi)發(fā)商的開(kāi)發(fā)門(mén)檻降低

踏入2020年，光線(xiàn)追蹤的硬件價(jià)格門(mén)檻已經(jīng)被RTX2060拉到接近2000元，在英偉達(dá)的雞血驅(qū)動(dòng)和各個(gè)游戲的優(yōu)化補(bǔ)丁加持下，現(xiàn)在的RTX2060已經(jīng)可以獲得接近初期RTX2080的光追游戲體驗(yàn)。

加上XBox Seires X和PS5兩款次時(shí)代主機(jī)先后官宣支持光線(xiàn)追蹤技術(shù)，雖然還有一定門(mén)檻，但硬件顯然已經(jīng)不是制約光追技術(shù)普及的最大門(mén)檻。

相較之下，游戲數(shù)量不足才是制約光線(xiàn)追蹤普及的最大因素，能用上該技術(shù)的游戲基本出自大型開(kāi)發(fā)商之手，雖然保證了最終呈現(xiàn)效果的質(zhì)量。

但由于游戲類(lèi)型和數(shù)量的限制，加上不開(kāi)啟光追的前提下這些游戲本身也有相當(dāng)不俗的畫(huà)質(zhì)表現(xiàn)，光線(xiàn)追蹤自然還無(wú)法成為玩家們的剛需。

而對(duì)于開(kāi)發(fā)商來(lái)說(shuō)，由于現(xiàn)在市面上支持光線(xiàn)追蹤的游戲平臺(tái)只有使用RTX顯卡的Windows主機(jī)，如今Steam上最熱門(mén)的顯卡還是GTX1060，在游戲開(kāi)發(fā)中加入對(duì)光追的支持邊際收益并不高。

除此之外，光追在開(kāi)發(fā)技術(shù)上的優(yōu)化不足也提高了開(kāi)發(fā)成本。

目前能完整支持DX12終極版的顯卡：RTX全系列

恭喜RTX顯卡用戶(hù)，目前在售顯卡中只有圖靈架構(gòu)的RTX顯卡能夠完整支持DX12終極版的全部新特性，因?yàn)镽TX GPU本身就是圍繞著新API的技術(shù)指標(biāo)而設(shè)計(jì)的。

當(dāng)前的光追技術(shù)是微軟在2018年為DirectX 12引入的DirectX Raytracing（DXR1.0），該版本的DXR在軟件特性上的支持還比較基礎(chǔ)。

它更多是圍繞著英偉達(dá)圖靈架構(gòu)的硬件特性來(lái)設(shè)計(jì)，并沒(méi)有從游戲開(kāi)發(fā)者角度去考慮如何實(shí)現(xiàn)光追，軟件設(shè)計(jì)上也不夠成熟，這也導(dǎo)致了開(kāi)發(fā)者們目前仍需不斷通過(guò)補(bǔ)丁來(lái)優(yōu)化游戲體驗(yàn)。

微軟在DirectX 12 Ultimate上的DXR1.1版本，加入了允許GPU直接調(diào)用光追、按需加載光線(xiàn)追蹤著色器和內(nèi)聯(lián)光線(xiàn)追蹤這三個(gè)重大改進(jìn)，在提高光追效果的運(yùn)行效率的同時(shí)也降低了開(kāi)發(fā)者的開(kāi)發(fā)難度。

允許GPU直接調(diào)用光追：

跑在GPU上面的著色器在DXR1.1中可以直接調(diào)用光線(xiàn)追蹤，而無(wú)需通過(guò)CPU來(lái)調(diào)用，這項(xiàng)功能有效提高自適應(yīng)光線(xiàn)追蹤場(chǎng)景的硬件運(yùn)行效率。

尤其是在需要利用著色器實(shí)現(xiàn)剔除、排序、分類(lèi)和細(xì)化等操作的復(fù)雜場(chǎng)景中，今后的光線(xiàn)追蹤工作可以直接在GPU內(nèi)部完成，這也簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)者們調(diào)用光追效果所需要完成的流程。

按需加載光線(xiàn)追蹤著色器：

當(dāng)玩家在游戲場(chǎng)景中移動(dòng)自身位置、游戲內(nèi)物件改變位置狀態(tài)的過(guò)程中，流動(dòng)引擎可以根據(jù)此時(shí)的實(shí)際場(chǎng)景需求來(lái)加載新的光線(xiàn)追蹤著色器，減少不必要的渲染資源，從而提高處理過(guò)程的效率。

內(nèi)聯(lián)光線(xiàn)追蹤（Inline Raytracing）：

作為目前基于動(dòng)態(tài)著色器實(shí)現(xiàn)光線(xiàn)追蹤的一種替代形式，大致可以理解為是一種經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)化的光線(xiàn)追蹤。

開(kāi)發(fā)者在內(nèi)聯(lián)光線(xiàn)追蹤過(guò)程中將擁有有更大的控制權(quán)，并且可以在包括計(jì)算著色和像素著色階段的任意著色階段調(diào)用它，搭配基于動(dòng)態(tài)著色器的傳統(tǒng)光線(xiàn)追蹤進(jìn)行混合使用，可以更好地平衡性能表現(xiàn)與運(yùn)行效果。

這三項(xiàng)技術(shù)由微軟、英偉達(dá)和AMD一同研發(fā)完成，經(jīng)過(guò)一年多的打磨，DXR1.1在軟硬件結(jié)合和技術(shù)成熟度上相較DXR1.0都有了較大的進(jìn)步。

除此之外，DX12終極版還擁有可變速率著色（VRS）、網(wǎng)狀/網(wǎng)格著色器（Mesh）和采樣器反饋（Sampler Feedback）等新特性，游戲開(kāi)發(fā)者將可以利用這些新特性更好地開(kāi)發(fā)支持光追的游戲。

DX12終極版的優(yōu)化方向是提高開(kāi)發(fā)者對(duì)硬件的控制力和提高總體計(jì)算效率，將首發(fā)搭載在Windows 10Version2004當(dāng)中，也將集成在Xbox Series X這款次世代主機(jī)的系統(tǒng)底層。

英偉達(dá)現(xiàn)有的RTX系列顯卡和AMD年底推出的RDNA2架構(gòu)將完整支持這些新特性，這對(duì)游戲開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)好消息。

從本世代（PS4、Xbox One）開(kāi)始，微軟和索尼在硬件層面（均采用x86架構(gòu)）與PC已經(jīng)變得非常類(lèi)似，這種趨勢(shì)降低了主機(jī)和PC游戲的跨平臺(tái)成本，軟件技術(shù)上的應(yīng)用也更加同步。

游戲開(kāi)發(fā)者們可以同時(shí)為多個(gè)平臺(tái)開(kāi)發(fā)游戲，在新技術(shù)上的應(yīng)用成本也變得更低，這也是這次DX12 Ultimate發(fā)布對(duì)光線(xiàn)追蹤技術(shù)普及最重要的意義。

主機(jī)游戲是絕大部分游戲開(kāi)發(fā)商們利潤(rùn)空間最大的市場(chǎng)，也引領(lǐng)著游戲技術(shù)的發(fā)展，它或許不是新技術(shù)最早的采用者，但優(yōu)化更佳的軟硬件可以讓它更好地使用各種新技術(shù)。

DX12終極版在軟件層面上對(duì)光追的優(yōu)化和以此讓主機(jī)加入對(duì)光追技術(shù)的支持，給使用該技術(shù)的游戲開(kāi)發(fā)商們吃下了一顆定心丸：支持光線(xiàn)追蹤的游戲硬件將會(huì)大幅增加，開(kāi)發(fā)難度也大幅降低。

軟件開(kāi)發(fā)層面上的優(yōu)化除了可以降低大型開(kāi)發(fā)商們的開(kāi)發(fā)成本，也為獨(dú)立開(kāi)發(fā)者使用這項(xiàng)新技術(shù)提供更多可能，不一定要3A大作才需要光追。

《我的世界》使用光追效果后畫(huà)面脫胎換骨的驚艷效果證明了光追技術(shù)擁有非常廣闊的應(yīng)用前景，雖然光追技術(shù)肯定需要EA、暴雪和育碧等大廠(chǎng)來(lái)推動(dòng)，但是數(shù)量更多的小型開(kāi)發(fā)商更能推動(dòng)該技術(shù)的大規(guī)模普及。

DX12終極版會(huì)加速光線(xiàn)追蹤的普及

參考?xì)v代DirectX的普及過(guò)程，光線(xiàn)追蹤技術(shù)在硬件層面上的大規(guī)模普及幾乎是板上釘釘?shù)氖虑椋鳧X12終極版在軟件層面上實(shí)打?qū)嵉膬?yōu)化，讓開(kāi)發(fā)者可以更輕易地通過(guò)光追技術(shù)獲得立竿見(jiàn)影的游戲品質(zhì)提高。

肯定有更多游戲開(kāi)發(fā)者愿意在自己的作品中加入對(duì)光線(xiàn)追蹤的支持，這個(gè)軟件底層的更新最終將轉(zhuǎn)化為游戲數(shù)量的大提升，也將大大加快光追技術(shù)從硬件到游戲內(nèi)容全面普的速度。

微軟XBOX會(huì)否借光線(xiàn)追蹤彎道超車(chē)？

DX12是微軟自家的API，而且XBOX與PC的互通性也是有目共睹的了，本次DX12終極版的大改動(dòng)無(wú)疑會(huì)給XBOX平臺(tái)增加不少優(yōu)勢(shì)，至少移植/開(kāi)發(fā)光線(xiàn)追蹤新游戲的成本和難度都將遠(yuǎn)低于PS平臺(tái)，微軟的這一殺手锏，會(huì)否動(dòng)搖索尼PS的地位呢？

責(zé)任編輯：wv