光線追踪, 到遊戲 額外的現實主義 帶來的水平 是一種照明技術。 通過模仿現實世界中光線反射和折射的方式,它提供了比傳統遊戲中使用靜態照明的環境更可信的環境。 那麼光線追踪到底是什麼? 更重要的是,它是如何運作的? 好的顯卡可以使用光線追踪來增加沉浸感,但並非所有 GPU 都能處理此技術。 請繼續閱讀,了解光線追踪對於您的遊戲體驗是否至關重要,以及是否值得花費數百美元升級 GPU。
光線追踪 – 虛擬光子
要了解光線追踪革命性照明系統的工作原理,我們需要退後一步,了解遊戲之前如何渲染光線以及需要模擬哪些內容才能獲得逼真的體驗。 非光線追踪遊戲依賴於靜態“烘焙”照明。 開發人員將光源放置在在任何視圖中都能均勻發光的環境中。 此外,NPC 和物體等虛擬模型不包含任何其他模型的信息,需要 GPU 在渲染過程中計算光照行為。 表面紋理可以反射光以模仿光澤,但只能反射從靜態光源發出的光。 以下面GTA V中的反射對比為例。
總體而言,多年來 GPU 的發展幫助這一過程看起來更加真實,但遊戲在現實世界的反射、折射和整體照明方面仍然不夠真實。 為了實現這一點,GPU 必須能夠跟踪虛擬光線。
在現實世界中,可見光只是人眼感知的電磁輻射家族的一小部分。 它包含既表現為粒子又表現為波的光子。 光子沒有實際的大小或形狀——它們只能被創造或摧毀。
然而,光可以描述為光子流。 擁有的光子越多,感知到的光就越亮。 當光子從表面反彈時就會發生反射。 當沿直線傳播的光子穿過透明材料並且線路被重定向或“彎曲”時,就會發生折射。 被破壞的光子可以被檢測為“被吸收”。
遊戲中的光線追踪試圖模仿現實世界中光線的工作方式。 它通過跟踪數百萬個虛擬光子來追踪模擬光的路徑。 光線越亮,GPU 必須計算的虛擬光子就越多,光線反射、折射和散射的表面也就越多。
這個過程並不新鮮。 CGI 已經使用光線追踪數十年,但在早期,它需要大量計算機來渲染整部電影,因為渲染單個幀可能需要數小時甚至數天。 家用計算機現在可以實時模擬光線追踪圖形,利用硬件加速和巧妙的照明技巧將光線數量限制在可管理的範圍內。
真正令人大開眼界的是:與任何電影或電視節目一樣,CGI 動畫中的場景通常是使用不同角度“拍攝”的。 對於每一幀,您可以移動相機來捕捉動作、放大、縮小或平移整個區域。 與動畫一樣,您必須逐幀操縱所有內容以模仿運動。 當你把所有的圖像放在一起時,你就有了一個流動的故事。
在遊戲中,尤其是快節奏的遊戲中,您控制一個始終移動並不斷改變視角的攝像機。 在 CGI 和光線追踪遊戲中,GPU 不僅必須計算光線在任何給定場景中的反射和折射方式,還必須計算鏡頭如何捕捉光線 - 這取決於您的視角。 對於遊戲來說,這對於一台計算機或控制台來說是大量的計算工作。
不幸的是,我們仍然沒有能夠真正以高幀速率處理光線追踪圖形的消費級計算機。 相反,我們現在擁有可以有效作弊的硬件。
光線追踪 – 逼真的圖形
光線追踪與現實生活的基本相似性使其成為一種極其逼真的 3D 渲染技術,甚至可以使像《我的世界》這樣的塊狀遊戲在適當的條件下看起來幾乎逼真。 只有一個問題:模擬極其困難。 重建光在現實世界中的工作方式非常複雜且需要大量資源,需要大量的計算能力。
因此,當前遊戲中的光線追踪選項(例如 Nvidia 的 RTX 聚焦光線追踪)並不現實。 這些不是真正的光線追踪,其中每個光點都是模擬的。 相反,GPU 通過使用各種巧妙的方法來“作弊”,以提供接近相同視覺效果的東西,但不會對硬件造成太大負擔。
現在,大多數光線追踪遊戲都結合使用傳統照明技術(通常稱為光柵化)和某些表面(例如反射水坑和金屬製品)上的光線追踪技術。 《戰地 V》就是一個很好的例子。 你可以看到水中士兵的倒影、飛機上地形的倒影以及汽車油漆上爆炸的倒影。 可以在現代 3D 引擎中顯示反射,但無法達到啟用光線追踪時在《戰地 V》等遊戲中顯示的細節水平。
光線追踪還可用於使陰影顯得更加動態和真實。 您會在《古墓麗影:暗影》中看到這種效果。
光線追踪照明可以在黑暗和明亮的場景中創建更真實的陰影,提供更柔和的邊緣和更高的清晰度。 在沒有光線追踪的情況下實現這種外觀非常困難。 開發人員只能通過以謹慎且受控的方式使用預設的靜態光源來模擬這一點。 放置所有這些“腳燈”需要花費大量的時間和精力 - 即使這樣,結果也不太正確。
有些遊戲使用光線追踪進行全局照明,有效地對整個場景進行光線追踪。 然而,這是計算成本最高的選項,並且需要最強大的現代顯卡才能有效運行。 《地鐵:離去》使用了這種技術,但實現並不完美。
這就是為什麼只有像光線追踪陰影或反射表面這樣的半措施才流行。 其他遊戲利用去噪和深度學習超級採樣等 Nvidia 技術來提高性能,並掩蓋由於處理的光線少於渲染真實光線追踪場景所需的光線而產生的一些視覺問題。 這些技術仍然保留用於預渲染的屏幕截圖和電影,其中高性能服務器可以花費數天時間處理單個幀。
射線如何工作?
Nvidia 的 RTX 20 系列顯卡提供了專門為光線追踪而構建的硬件,甚至可以處理這些相對溫和的光線追踪應用。
所有 RTX 卡現在都支持光線追踪,並且還有另一種方法可以在最新的 RTX 40 系列 GPU 上欺騙性能。 SER(即著色器執行重新排序)可在 RTX 4090 和 RTX 4080 上使用,Nvidia 表示它可以將光線追踪遊戲的性能提高 25%。 它的工作原理是在 GPU 處理光線追踪指令時對其進行重新排序,從而優化可用計算能力的任務。
雖然早期的光線追踪技術還很粗糙,但 Nvidia 的最新顯卡表現要好得多。 借助新一代 SER 和 DLSS 3,我們可以看到光線追踪不會降低幀速率。 Nvidia 的新 DLSS 3.5 還承諾通過光線重建支持光線追踪。
不過,Nvidia 的光線追踪方法並不是唯一可用的選擇。 還有 Reshade“路徑追踪”後處理效果,可提供類似的視覺效果,儘管它們不具有相同的性能。
AMD 現在也有光線追踪選項,稍後會詳細介紹。
無論應用程序如何,您仍然需要強大的光線追踪顯卡,但隨著該技術在遊戲開發人員中變得越來越普遍,我們可以看到更廣泛的支持硬件以更實惠的價格。
雖然光線追踪主要集中在 PC 上,但它也開始進入其他設備。 蘋果最近宣布 iPhone 15 的 A17 Bionic 芯片具有硬件加速光線追踪功能,包括在遊戲中。
如何在家查看光線追踪
要在家中查看光線追踪,您需要一塊新的、昂貴的顯卡。 硬件加速光線追踪僅適用於 Nvidia RTX GPU 或 AMD RX 6000 系列 GPU。 GTX 10 系列和 16 系列卡支持光線追踪,但缺乏可舒適播放的 RT 核心。
如果您希望以 1080p 以上的分辨率和 60fps 或更高的幀速率玩遊戲,那麼最好的選擇就是購買高端顯卡。 在 4K 分辨率下,RTX 3080 和 RX 6800 XT 是表現出色的顯卡,但如果您願意在某些遊戲中升級到 1440p,也可以使用 RTX 3070 或 RX 6800。
儘管具有光線追踪功能的遊戲數量有限,但這個數量正在逐漸增加。 光線追踪的最佳示例包括早期 RTX 演示,例如《戰地 V》、《古墓麗影:暗影》和《地鐵:離去》。 像《Control》和《MechWarrior 5: Mercenaries》這樣的新遊戲看起來也很有趣。 Stay in the Light 是一款使用光線追踪陰影和反射創建的獨立恐怖遊戲。 使用 RTX 光線追踪重新製作的《雷神之鎚 II》是另一個很好的例子。
市場上的光線追踪遊戲較少,但該行業正在增長。 隨著 PlayStation 5 和 Xbox Series X 開始宣傳光線追踪,競爭對手很快就會效仿。 多平台遊戲《看門狗 2》與新版《看門狗:軍團》的不同之處在於,新遊戲引入了光線追踪,可在遊戲機和計算機上運行。
嘗試使用 UL Benchmark 的 Port Royal 光線追踪來確定您的計算機是否支持光線追踪。
你覺得這個話題怎麼樣? 不要忘記在評論部分與我們分享您的想法。 對於我們所有的內容 玩家站所有內容
這裡討論的產品是由我們的編輯獨立選擇的。 如果您購買我們網站上的特色商品,The Gamer Station 可能會獲得部分收入。
文章的原始語言是土耳其語。我們以 18 種不同的語言進行廣播。如果您在內容中發現錯誤的句子或單詞,請隨時在評論中告知我們!