光线追踪是什么，我们距离光线追踪有多远？

序言：
不得不说，最近几年手游、电竞对于传统游戏行业来说冲击很大。短平快是时代的符合，但短平快并不是出精品和创新的好方式。不为更新迭代而迭代，不为发布而发布，NVIDIA的图灵架构发布一年半给世界带来了什么？图灵架构的变革核心的主要是两点—光线追踪和人工智能。

人工智能篇：
GPU领域的人工智能，当然不是为了收集用户的游戏习惯，给你推荐打折游戏，加速器之类的东西。真正把人工智能应用到游戏当中的就是深度学习超重采样抗锯齿技术，也就是DLSS。
简单来说，DLSS就相当于名门大派的弟子，遇敌交手以后，通过宗派的研究拆解，制定出更好的应对招式。
深度学习超重采样并不仅仅是一种抗锯齿，核心就是AI人工智能。AI通过深度学习，将物体或图形因分辨率，位移或镜头方向转移而发生的边缘形变进行计算而减小或规避。

过往我们的游戏，抗锯齿、画质、光影、分辨率必然存在一个取舍的问题。一块蛋糕，每当你开启新的技术，蛋糕就要被切除一块，而如果你开启软阴影、全局光照、超级采样，那么蛋糕当中的极大部分就会被砍掉，或者说硬件性能守恒，这意味着除非更换硬件，否则没有办法在不削弱一部分体验的前提中提高你另一部分的体验（在大多时候都是游戏），这并不是反智的什么优化差的问题而是必然存在的事实。就等于，您买一台帅气的CRT甚至是福特猛禽F150这个级别的肌肉车，去加油站的时候就不要吐槽油耗高。油耗低的经济适用性汽车，多半排量、重量、抗压能力都非常一般。



而通过图灵架构，显卡不再将所有的运算都在本地执行，你能够通过张量单元，跟位于英伟达总部的土星-V（Saturn-V）超级计算机(660节点、5280伏打核心)来依靠深度学习，来获得四两拔千斤的效果， 通过庞大的AI训练，能够以很小的代价获得更好的采样效果，说夸张一点，就是以FXAA抗锯齿的性能损失，换回SSAA抗锯齿的画质，听起来是不是很梦幻。
可以说，图灵架构架构的RTX20系列，注定有越战越强的特性。
光线追踪篇：

说到光线追踪，不少人会想当然就在光字上面做文章，也就有了上图那种反智的图片。光线追踪并不是无脑地加大亮度，更加不是滥用光影发射效果，让现实中不存在发射的材质也变得油光可鉴。
降龙十八掌里面，亢龙有悔，掌法的精要不在‘亢’字而在‘悔”字。倘若只求刚猛狠辣，亢奋凌厉，只要有几百斤蛮力，谁都会使了。这招又怎能教黄药师佩服？‘亢龙有悔，盈不可久’，因此有发必须有收。打出去的力道有十分，留在自身的力道却还有二十分。
同样，光线追踪的精要在于追踪而不是光线。

相信，不少7080都玩过雷电、魂斗罗一类型的游戏。早期的游戏，互动性非常低，只能单线进行。比方说，经常玩雷电的朋友会记得，那里有隐藏加分道具，boss的弹幕有那个死角死角之类的。
说到底，就是一种套路而已。我们玩游戏，不过就是发掘游戏中的套路。打个比方，你玩王者荣耀的时候，你就记着啥什么时间啥红buff，那个点数刷大龙，然后蹲点等着对方送人头，这是黄金局的故事。
如果是白金局，对方分分钟会反蹲。钻石局，你可能会被反gank。更高的话，策略层出不穷，千变万化，这才是MOBA类型游戏的魅力。

早期的3D游戏，基本上是没有光影效果而已。那个时代，光多边形就已经贫乏到哭，哪有条件去搞光影。于是，只能用一种类似于图片那样子的标注明部、暗部的方法，看起来有点光暗变化而已。

而后面，随着NVIDIA的T&L技术以及GPU概念的建立以后，我们的3D世界才慢慢向真实靠近。
T&L是Transform& Lighting的缩写，意为坐标转换模块及光源模块。T&L引擎主要是用来进行复杂的坐标处理和光源映像的运算，让使用者能够感受到物体真实的光影显现。过去，在没有T&L引擎的平台上，大部分坐标处理的工作及光影特效需要由CPU亲自来执行，因此占用了CPU太多的运算时间，从而造成整体画面不能非常流畅地表现出来。如果应用了T&L引擎，就将大大减轻CPU处理3D时的负荷，并且使CPU能够有更多的资源来处理更精彩的3D特效，提供更好的视觉效果，所以目前绘图芯片的3D图形计算能力已经凌驾于CPU之上了。
大家在游戏中看到的动态影像实际上都是由一连串快速显示的静态画面所组成（基本要求为每秒30张画面），计算机能够显示的静态画面愈多，场景展现得就愈顺畅。而计算机要绘制出一张静态画面必须经过一系列步骤，包括转换（Transform）、投影（Lighting）、三角形设定（Triangle Setup）及成像（Rendering）等等。3D应用软件（例如3D游戏）会提供游戏进行中的每个动作，包括摄影机的移动、其他物体的相对动作、精细等级的改变、物理引擎的计算等等变化因素。然后将这些数据通过API（如DirectX 或OpenGL）送进3D绘图管线，处理过后显示到屏幕上，而T&L指的就是坐标转换和投影这两个步骤。
坐标转换模块（Transform）参考事先设定的World、View和Projection等三种转换矩阵，负责计算所有的视点（Viewpoint）资料，并事先决定哪些物体会被绘制在一个画面上。通常每个物体（包括被较近物体所遮蔽的物体）都会被转换。最后得出在一般二维坐标上的位置（即在屏幕上的位置）。
光源模块（Lighting）依据目前空间中存在的光源数量、目前材质的属性以及与环境光源的种类设定，计算出3D物体受光与材质的混合效应。然后光影投射效果（依据该3D引擎的投影能力）再计算到被转换过的场景上。

想要渲染出一个真实的游戏场景，最为重要的自然就是阴影部分，如果没有阴影的话。光秃秃的清晰建模永远无法呈现出真实的画面，只有阴影和光线处理合适并且附带了金属反光的各种特效点缀修饰之后的画面才是最具生命力的，否则只有光秃秃的模型。可见阴影技术已经逐渐成为了游戏中必不可少的部分。
NVIDIA在2008年开发了最新一代SSAO的改进版本，水平基准环境光遮蔽技术HBAO+技术。与之前的 SSAO 衍生版本不同，HBAO 采用了一种基于物理效果的算法，可模仿一个具有深度缓冲采样的整体。换言之，这一升级让 HBAO 能够生成更高画质的 SSAO 效果，同时提升清晰度、画质以及 AO 阴影的可见性。与 HBAO 相比，HBAO+ 使 AO 特效的细节水平翻了一倍，运行速度提升三倍，还采用了最新的 DirectX 11 技术。这为它较强的环境适应能力提供了铺垫。

不过，之前的光影技术还是缺少交互性，第一代的光影技术相当于拿着剧本念台词，第二代光影技术相当于按着剧本演戏，难免还是有一点点生硬的，
而图灵架构带来的全时光线追踪技术，会为游戏世界注入新的血液。

光线追踪总的来说是一种渲染技术，简单的来理解，就是拥有这项技术之后，能够追踪到画面中每一条光线的位置，它能够通过特殊的算法来追踪光线的位置并且进行计算来渲染出更加真实更加符合现实的材质以及效果表现。
举个简单的例子来说，在没有光线追踪的时候，可能你看到的金子表面只有金黄色的光，但是具备了光线追踪之后，你再看到的金子表面就不光会有金黄色的光，可能你在金子表面还能看到反射出来的其他景象。

实际效果就是随着游戏中的光线变化和事件出现不断更新的间接照明，来渲染更为逼真的动态场景，光线反射更加自然、帧数，照亮了周围的细节。如果光源移动或人物更换位置，则房间光照会与现实中一样发生变化，呈现出全新光线照射下的房间效果。而关闭之后的画面则明显的是光栅化贴图，虽然也可以实现不错的效果，但是对比打开RTX实时光线追踪后的效果有明显的差距。



RTX光线追踪的魅力不仅仅是新的3A大作，不少经典IP也能通过光线追踪活出第二次生命，比方说雷神之锤2、我的世界。
上图为我的世界打开和关闭光线追踪的效果，是不是很惊讶呢？

开发者团队“国家建筑师Cthuwork”还在《我的世界RTX》还原了名画《清明上河图》。RTX光线追踪得出现，让玩家又多了一种现实梦想得方式。只要你有足够的创意和耐心，世界奇迹也可以在《我的世界RTX》还原，而且由于光线追踪的出现，实现出来的效果完全接近于真实世界，不再是过往像素画的乐高积木。
小结：










总的来说，图灵架构为什么要花那么多时间和精力在增加两个并不能在鲁大师一类过时跑分软件里面刷分的模块。那是因为，我们需要更真实、沉浸感更好、执行效率更高的游戏，而并不是千篇一律的换个年份就卖新的“大作”。
人工智能模块，让深度神经网络处理器应用到游戏方面，DLSS将会是第一步，后续也许有更多的新玩法。据闻，NVIDIA最近要收购一家网络云技术方面的公司，相信就是为了更进一步提高云端人工智能的效率。
而光线追踪，不仅仅能让画面亮起来，而且还能让光线更加真实，让光影有真正的互动性，而不是按照剧本把不一定存在的光影展现出来。
光线追踪硬件篇：
当然了，光线追踪当然不是只有PPT，早在2018年9月，支持光线追踪的产品RTX20系列已经上市。而且，并没有因为加入了光线追踪和人工智能两大模块以后，功耗和发热暴增。。

甚至还能有类似于映众RTX2060 黑金至尊这一类ITX适用的短卡，可想而知，其实RTX20系列的功耗门槛很低。

当然了，虽然看上去比公版要短不少，但映众RTX 2060黑金至尊版还是采用了双风扇四热管设计的Herculez X2 Mini散热器，不过由于增加了散热器厚度，并且热管也要多2根，整体散热效能并不弱于公版。





而在RTX20系列发布不足一年的时间，NVIDIA已经把RTX20系列升级为RTX20 super系列，其中包括了RTX2060 super，RTX2070 super以及RTX2080super，更夸张的是，super系列升级，基本上是加量不加价。



以RTX2060super为例，新版的RTX2060super从规格来看，介乎于原有的RTX2060和RTX2070之间，基本上可以看作小一号的RTX2070，而且价格靠谱。
而RTX2070 super以及RTX2080super也是比起对应的前任强不少。
手上仅有映众的RTX2070 super以及RTX2080 super冰龙超级版，后续的测试里面，我会加入之前用过的RTX2060 super作为参考成绩（平台一样，但不是一样的驱动）

有意思的是映众的RTX2070 super冰龙超级版和RTX2080 super冰龙超级版，用的散热系统都是一样的。




实在话，不看铭牌，我已经完全无法区分两块显卡了，散热、背板均为一模一样。













两者均采用了HerculeZ AIR BOSS X3立体散热系统，使用了3枚225px风扇+5根纯铜热管，热管和底座有进行镀镍处理，更好的抗氧化。全铜底散热底座，供电和显存以及Mos管也有对应的导热垫，鳍片数量为143片，2.5卡槽设计。

当然了，核心是大不一样的。RTX2080 super采用的是代号TU104-410-A1的GPU芯片，拥有3072个CUDA处理器，Boost频率为1845MHz。存部分则采用的是8GB 256Bit GDDR6显存，频率为15.5Gbps！带来更快的显存传输速率。

RTX2070 super用的是TU104-450核心，拥有3072个流处理器。映众RTX2080 super冰龙超级版的 Boost频率为1845MHz，比公版的1815MHz要高出30MHz。表面看上去提升不大，但由于公版的默认频率已经足够高，留给非公版的提频空间已经不多了。
游戏篇：
受限于篇幅与测试量，只选取了部分光线追踪游戏进行测试，先来介绍一下测试平台。
CPU：i5 96000kf
主板：微星Z390
内存：十铨 T1 Gaming DDR4 2666 8GBX2
显卡：映众 RTX2080 Super 冰龙超级版
硬盘：WD Black 1TB
电源：酷冷额定750W
1、3DMark Port royal场景测试







3DMark Port Royal测试基于DirectX Raytracing技术，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。
除了基准测试性能之外，3DMark Port Royal同样也是展示了光线追踪令人惊叹的画面表现，它通过2560×1440分辨率为玩家展示了显卡在游戏中应用的光追效果。
映众RTX2080 Super、RTX2070super RTX2060 super分别获得7013、5866、5284分。







RTX20系列除了光线追踪还有DLSS深度学习抗锯齿技术，而3Dmark提供了一个测试项目可以清晰看到开启DLSS和关闭DLSS的性能差别。通过测试，我们可以看到，映众RTX2080Super开启DLSS是46.38帧，关闭是31.97帧; 映众RTX2070Super开启DLSS是38.52帧，关闭是26.9帧; RTX2060Super开启DLSS是35.75帧，关闭是24.49帧.
很明显，开启DLSS以后能够节省大量的资源，从而获得更高的帧数和更好的游戏体验。
2、古墓丽影11
最近EPIC平台和橘子平台集体出现神奇现状，因此这次不得不跳过传统的战地5以及地铁：离去两大光线追踪和DLSS新特性的游戏，先用Steam平台的古墓丽影11暗影测试一下。




2k分辨率下面，映众RTX2080Super开启光线追踪最高特效和DLSS是66帧; 映众RTX2070Super开启光线追踪最高特效和DLSS是56帧。
3、地铁：离去




2k分辨率下面，映众RTX2080Super开启光线追踪最高特效和DLSS是56帧; 映众RTX2070Super开启光线追踪最高特效和DLSS是47帧。
由于网络问题，战地5和Control这次都无法测试，敬请谅解。除了古墓丽影11和地铁外，现在支持光线追踪的游戏已经越来越多了。
4、光明记忆
光明记忆居然是一个国产的支持光线追踪和DLSS的FPS游戏，想不到吧。













游戏并无自带benchmark，RTX2080super是75-100帧，RTX2070 super是65-85帧。
5、使命召唤：军团 吃鸡模式







现在吃鸡也能开启光线追踪，不过不是绝地求生而是使命召唤：军团的吃鸡模式。有意思的是，这个模式居然还是免费的，但是素质妥妥地在线。
游戏并无自带benchmark，RTX2080super是90-160帧，RTX2070 super是75-120帧，RTX 2060 super是65-90帧。
出奇的是，开启光线追踪以后使命召唤：军团的帧速受影响不大。
除此，支持光线追踪的游戏还有Cyberpunk 2077赛博朋克2077、看门狗：军团、使命召唤16：现代战争、重生边缘、AMID EVIL邪恶之中、光明记忆：无限、吸血鬼：避世血族2、轩辕剑7、仙剑奇侠传七、逆水寒、边境、铃兰计划、暗影火炬、ProjectX、无限法则、剑侠情缘网络版，我的世界、雷神之锤RTX，选择还是不少的。
要体验光线追踪大作，最好当然是顶级的RTX2080TI，不过入门级的RTX2060 super也可以初步实现，而RTX2070 super以及RTX2080 super可以给你提供更好的光线追踪体验。