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NVIDIA RTX 2080/RTX 2080 Ti首发评测:感受12年来GPU最大革命
出处:快科技 2018-09-19 21:00:00     作者:上方文Q 编辑:上方文Q[爆料]点击可以复制本篇文章的标题和链接 收藏文章
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三、架构解析之RT核心、光线追踪

图灵架构和RTX 20系列的最大亮点和卖点当然是——游戏实时光线追踪!

从第一颗GPU NVIDIA GeForce 256诞生至今已经整整19年,GPU规模和技术越来越发达,但是最底层的图形渲染技术其实几乎一成不变,始终都是光栅化渲染,通过计算三角形和多边形来获得画面输出,好处是资源消耗容易控制,坏处就是距离真实画面相差甚远,甚至永远不可能接近。

光线追踪(Ray Tracing)技术则堪称图形界的“圣杯”,简单地说就是在图形渲染过程中实时跟踪物体和环境的光线,准确进行光线反射和折射、全局照明、物理阴影的绘制,可以带来近乎百分之百真实的渲染画面,尤其是光影效果。

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光线追踪技术其实并不新鲜,1969年的时候在IBM工作的Arthur Appel就提出了这种概念,当时叫做Ray Casting,距今已经整整半个世纪。

1979年,Turner Whitted研究出了递归光线追踪算法(Recursive RayTracing Algorithm)。

1984年,Carpenter等人发表了一篇关于分布式光线追踪的论文《Distributed RayTracing》,影响甚广。

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但是,光线追踪的算法非常简单,稍有计算机图形只是的人都能理解,关键在于如何优化提高效率,因为它需要的计算量太过庞大,想想要实时计算场景中无数光线每时每刻的各种传播,那是多么恐怖,以前的GPU根本无力承担实时计算。

因此直到2006年迪士尼的《汽车总动员》(Cars),影视行业才开始使用光线追踪渲染,如今大多数的照片级渲染系统多时基于光线追踪的,但背后都是超大规模的计算机群在吃撑,一帧画面往往都要渲染几个小时。

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虽然大家都在努力,但就在一个月前,如果说普通显卡可以在游戏里实现光线追踪(尽管是有条件的),相信绝大多数人都不会相信,但是NVIDIA的图灵做到了。

NVIDIA在图灵架构中集成了最多72个RT Core核心,每个SM单元一个,专门用来服务光线追踪运算,等于一个特殊的专用单元,由硬件加速取代软件模拟,效率自然要比CUDA这种通用单元高很多,就像GPU做并行计算比CPU强得多。

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简单来说,图灵架构的光线追踪运算步骤是这样的:着色器单元首先发出光线探测请求,RT Core核心就开始完全接管下边的工作,并分为两个过程,其中包围盒求交评估单元(Box Intersection Evaluators)进行包围盒的获取和解码,并进行求交测试,得到子包围盒或者三角形。

如果是子包围盒,就返回重新执行,重复刚才的步骤。如果是三角形,那就交给三角形求交评估单元(Triangle Intersection Evaluators),做下一步的求交测试,直到得到最终结果并输出给着色器,进行最终渲染。

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看懵了对吧?懵了就对了……

整个光线追踪计算过程中,运用的主要是BVH算法,也就是Bounding Volume Hierarchy Traversal,层次包围盒遍历的意思。

比如渲染对象是一只兔子,要几算一条光线和兔子本身的交互,就把兔子所在空间划分成N个包围盒,计算光线和哪一个包围盒相交,是的话就再把这个包围盒继续划分成N个更小的包围盒,再次计算相交,如此反复,一直找到和光线相交的三角形所在的包围盒,再对这个三角形进行最终的渲染。

BVH算法可以大大减少计算每一条光线最近相交点所需要遍历的三角形数量,而且只需要进行一次就能给所有光线使用,大大提高了执行效率。

除了硬件方面的工作,软件方面既有NVIDIA自己的OptiX光线追踪引擎、GameWorks SDK光线追踪模块,也有微软的DirectX 12 Ray-Tracing(DXR) API、Windows ML中间件,后者会在即将发布的Windows 10 2018年秋季更新版中正式提供。

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性能方面,RTX 2080 Ti在精简了四个只有68个RT核心的情况下,每秒钟可以计算超过100亿条光线,大约等于100TFlops(每秒1000亿次浮点运算)。

而上代GTX 1080 Ti虽然也能执行光线追踪,但因为没有专用单元和算法,效率只有RTX 2080 Ti的大约十分之一,不足以实时用于游戏。

接下来欣赏欣赏NVIDIA RTX光线追踪的效果和对比:

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↑↑↑官方DEMO

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目前支持NVIDIA光线追踪技术的游戏有11款(和首发时相比没变),分别是:

- 《神力科莎》 (Assetto Corsa Competizione)

- 《原子之心》 (Atomic Heart)

- 《战地5》 (Battlefield V)

- 《控制》 (Control)

- 《应征入伍》 (Enlisted)

- 《逆水寒》 (Justice

- 《剑网3》 (JX3)

- 《机甲战士5:雇佣兵》(MechWarrior 5:Mercenaries)

- 《地铁:离去》

- 《Project DH》

- 《古墓丽影:暗影》(Shadow of the Tomb Raider)

不过,RTX 20系列上市初期,可以玩的光线追踪游戏暂时还是零,比如《古墓丽影:暗影》首发不支持得后期打补丁,《战地5》则跳票了。

阅读更多:英伟达 显卡 评测 光线追踪 深度学习 RTX 2080 RTX 2080 Ti

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