光線追蹤有什麼要求嗎

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自從NVIDIA圖靈架構的RTX20系顯卡發佈之後，我們就經常能聽到“光線追蹤”這個詞。簡單來説，這是一種在場景中渲染光線和陰影的先進而逼真的方法，在三維圖形工作中早已經運用，也常用於電影后期特效，CG動畫製作。由於光線跟蹤是通過模擬和跟蹤光源產生的每一束光線來工作的，因此實際渲染需要很大的性能支撐;一直到RTX20系列顯卡才算真正的普及給普通用户。所以想要開啟光線追蹤要求最起碼也是要2080或者説是2090，並且3090能夠開啟最高的光線追蹤特效。

光線追蹤是一種給圖形帶來真實外觀的技術，一個高質量的顯卡可以使用光線追蹤讓用户身臨其境，該技術試圖以與真實世界相同的方式顯示光線。圖形技術解釋起來通常很晦澀，但是光線追蹤很容易理解。它試圖模擬光在現實世界中的工作方式。光線追蹤沒有為遊戲場景創建預先設計的光線，而是追蹤模擬光的路徑，更確切地説，是追蹤數以百萬計的模擬光/光子。當物體移動並與它們的屬性相互作用時，光線會從物體上反射回來。比如光從光滑的綠色表面反射，那麼光的顏色可能會改變。

這就是現實生活中光的工作原理。一個光粒子從它的原點爆發出來並一直傳播，直到它與一個物體相互作用，在這一點上，它的路徑是由這個物體的屬性決定的。它可能被一個密度大、顏色暗的物體吸收，或者幾乎完全被鏡子反射。

光線追蹤與現實生活的基本相似性使得它成為一種非常逼真的3D渲染技術，甚至使得像《我的世界》這樣的塊狀遊戲在適當的條件下看起來都非常逼真。只是有一個問題:它很難模擬。再現光的實際工作方式是複雜的，而且很耗資源，這需要大量的計算能力。即使Nvidia的光線追蹤渲染也不是真正的光線追蹤，每個光線點都是模擬的。相反，它使用了許多巧妙的近似以提供接近相同的視覺效果，但對算力要求可以低得多。

現在，大多數光線追蹤遊戲都結合了傳統技術(通常稱為光柵化)和特定表面上的光線追蹤技術，比如反光水坑和金屬製品。《戰地5》就是一個很好的例子。你可以看到軍隊在水中的倒影，飛機上的地形的倒影，以及汽車油漆上爆炸的倒影。在現代3D引擎中顯示反射是可能的，但在不啟用光線追蹤的情況下，無法達到《戰地5》等遊戲中顯示的細節水平。

光線跟蹤也可以用於陰影，使物體看起來更動態逼真。在《古墓麗影》中你會看到這種效果。

光線追蹤可以在黑暗和明亮的場景中創建更真實的陰影，具有更柔和的邊緣和更清晰的定義。在沒有光線追蹤的情況下實現這種效果是非常困難的。開發者只能通過小心地使用預設光線來“偽裝”它。這需要花費大量的時間和精力——即使這樣，結果也不盡如人意。

有些遊戲會完全使用光線追蹤來實現全局照明，有效追蹤整個場景。但這是最昂貴的，需要最強大的顯卡才能有效運行。Metro Exodus目前使用了這種方法，但是實現上並不完美。

正因為如此，像光線追蹤陰影或反射表面這樣的折中方法很受歡迎。還有一些人利用Nvidia的技術（如去噪和深度學習超級採樣）來提高性能，並掩蓋一些視覺上的問題，這些問題是由於渲染的光線比創建真正的光線跟蹤場景所必需的光線要少。那些保留給預渲染的屏幕截圖和電影，即使用高性能的服務器也需要花幾天時間才能渲染單幀。

為了實現這些相對簡單的光線跟蹤，Nvidia的RTX顯卡加入了專門為光線跟蹤構建的硬件。圖靈架構使用了該公司的RT核心實現實時處理技術，它們對於光線跟蹤來説並不是必需的，因為光線跟蹤效果可以在GTX 10系列和16系列顯卡上運行，儘管它們的能力遠遠低於頂級RTX卡，如2070、2080和2080 Ti。

Nvidia在4月份發佈了生成MetroExodus單幀的分解，展示了渲染管道是如何佈局的，以及它如何受到光線追蹤的影響。對於非光線追蹤遊戲，RTX 2080和GTX 1080 Ti的性能可能大致相當，但當光線追蹤應用於場景時，1080 Ti在沒有專用RT內核的情況下生成相同的圖像所需的時間要長得多。

這就是為什麼即使是最強大的GTX顯卡，如1080Ti，在光線追蹤遊戲分辨率超過1080p的情況下，都很難實現。但是RT內核並不是萬能藥，即使是擁有最多RT內核的最強大的消費類顯卡2080Ti，在像《戰地V》或《Metro Exodus》這樣的遊戲中，分辨率1440p光線追蹤被啟用下，也很難達到每秒60幀或更高的速度。而這個顯卡在光線跟蹤沒有啟用時能夠交付的最高幀率為4K。