十七、光線追蹤測試：體驗真實世界的光影效果

傳統(tǒng)的光柵化渲染是將一個3D圖形的幾何信息轉變?yōu)橐粋€個柵格組成的2D圖像的過程，可以理解為在這個3D圖形的每個點都包含有顏色、深度以及紋理數(shù)據(jù)，經(jīng)過一系列計算變換后，將其轉換為2D圖像的像素，進而呈現(xiàn)在顯示設備上。

這一過程也就構成了我們愛游戲中所看到的各類陰影效果以及光線投射，在這過程中所有的光影效果都是提前設計好的，如果開發(fā)者設計時不那么嚴謹，就會在不應該有陰影的地方出現(xiàn)陰影。同時即便耗費巨大精力去提前設計好的所有陰影的可能情況，也只能做到無限接近于真實，況且這一點本身也很難做到。于是實時光線追蹤(ray tracing)便成為了玩家與游戲開發(fā)者最終極的選擇與夢想。

傳統(tǒng)的光線追蹤技術是以光源為起點定義光線，進而追蹤由此產(chǎn)生的光線與物體表面以及光線與光線之間交互關系的過程。但該技術目前實現(xiàn)起來非常困難，因為這一技術需要無限多的光線照射在物體表面，通過反射、折射、漫射等途徑進入最終的“攝像機”成像。這一過程需要耗費大量的算力且會有大量光線損失。因此光線追蹤技術自誕生之日起，就有人斷言20年之內光線追蹤不可能實現(xiàn)。

然而天才的NVIDIA工程師們解決了這個難題。提出了一種新的Ray tracing理念，即是通過進入“攝像機”的光線，來回溯尋找光源。大部分從光源發(fā)出被折射或者漫反射不被玩家所看到的光線將不會被運算，這種思路將需要實時計算的光線數(shù)量降低了數(shù)十倍，使得實時光線追蹤技術至少提前十年成為現(xiàn)實。

下面我們通過3Dmark Ray Tracing Tech Demo來體驗光線追蹤的奇妙之處。

從上面2張圖可以可以明顯的看到小飛行器飛行時，在飛船上的倒影也是一直在變化方位。小飛機器自身也在發(fā)光，因此它的倒影的明暗度以及形狀也是隨時在發(fā)生著變化。

除此之外，大飛船本身也在緩慢滑行，周圍的環(huán)形燈柱投射在飛船上的倒影也是無時無刻都在變化著。

RTX 2080 Ti集成了68個RT Cores，每秒能處理100億條光線，而GTX 1080 Ti只能靠CUDA來計算光線，每秒能處理11億光線。下面我們通過星球大戰(zhàn)DEMO來演示光線追蹤的性能，這個DEMO可以為展現(xiàn)出一個如果科幻電影般的光影世界。

這是 GTX 1080 Ti的幀率，非?？D，僅有3.31FPS

由于星球大戰(zhàn)DEMO鎖定24FPS，RTX 2080與RTX 2080 Ti都只能跑出24幀，即便如此，也達到了GTX 1080 Ti 7倍以上的性能。

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