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【GDC 2018】新世代DirectX Raytracing (DXR)光跡追蹤技術出爐,實際應用效果展示!

文.圖/陳兆宏 2018-03-21 17:00:19
2018年3月19日至23日於美國舊金山舉辦的GDC (Game Developers Conference) 2018盛會中,聚集了許多遊戲開發者,不管是平台商、硬體廠商、軟體廠商,都紛紛祭出最新的開發成果,讓參與者感受到下世代遊戲所帶來的震撼!這次主打的重頭戲之一,就是即時Raytracing (光跡追蹤)技術。微軟、AMD、NVIDIA、Futuremark,以及其他廠商都有最新的成果發表。

準備迎接下世代DX12即時光跡追蹤遊戲的來臨!


微軟發表DXR即時光跡函式庫,賦予開發者更多光跡特效應用

以微軟來說,目前他們的DirectX 12 API (應用開發介面)仍是許多PC遊戲開發者的最愛,然而在光跡追蹤(Raytracing)方面,大多開發者仍以OpenGL來開發,尤其那些電影特效師,要做到即時的光跡追蹤,必須搭配強大的電腦工作站,搭配工作站級的GPU(例如Quadro、FireGL之類的繪圖卡)即時運算,才能做到。

隨著GPU的效能越來越強大,消費級的遊戲也紛紛導入光跡追蹤的特效,讓遊戲場景的明暗與光線反射等表現能更接近真實世界,因此微軟選擇在DirectX 12的API函式庫中,加入了Raytracing的函式(簡稱DXR),提供給遊戲開發者製作出更真實的遊戲即時光跡追蹤特效。這次DXR加入的新指令,例如DispatchRays、TraceRay等等,有關於微軟發表的DXR細節,可以參考微軟DirectX開發者部落格

NVIDIA率先推出開發工具,給予開發者開發新世代遊戲

在硬體廠商方面,NVIDIA也在GDC 2018同步發表其RTX技術,可支援DXR API,只要使用其Volta架構的GPU,搭配NVIDIA的GameWorks開發工具,即可開發出光跡追蹤等級的遊戲。

即時光跡追蹤,以營造出真實生活的光跡、反射、陰影等特效


為此,NVIDIA推出自家的即時光跡追蹤技術,叫做RTX


目前RTX廣泛獲得各產業的支持


AMD與微軟合作,定義與改良DX12光跡追蹤的技術

在AMD方面,則是微軟聯手協助業界定義、改良和支援DirectX 12與光跡追蹤技術的未來。AMD藉由具前瞻性系統級基礎的繪圖程式,在新的程式模型與應用程式介面上持續扮演領導角色。

AMD在這次GDC 2018也有許多關於DX12與DXR的技術簡報,說明AMD在新一代繪圖技術上的突破,並表示期盼與遊戲開發商討論及聽取回饋建議,瞭解PC平台上的光線追蹤技術,包括影像品質、效果及效能。AMD參與GDC大會議程中,像是Real-Time Ray-Tracing Techniques for Integration into Existing Renderers議程,就是與光跡追蹤技術有關。以下是AMD展示的光跡追蹤與傳統柵格化的畫面呈現。

AMD展示這是一般柵格化(Rasterization)的繪圖畫面成果


AMD展示這是透過光跡追蹤(RayTraced)的繪圖畫面成果


Futuremark展示光跡追蹤實際效果,未來遊戲更加真實

隨著DXR在GDC 2018正式發表,UL旗下的Futuremark公司(對!就是推出3DMark評測軟體的那家公司)也發表其在Raytracing的應用成果。以下就是他們公司的作品部份呈現。

Futuremark表示,要將光線的反射效果,透過即時渲染的方式,可說是非常困難的,以現有方法來做的話,會面臨到挑戰和限制。在過去幾個月中,Futuremark一直在研究如何結合微軟的DirectX光跡追蹤函式庫,以及現有方法,來解決一些面臨到的挑戰。雖然大部分的成果與解決方案都使用到很複雜的數學公式,但Futuremark仍想向各位展示新技術的一些實例。

使用DirectX光跡追蹤功能,可以產生出主相機視圖之外的物體反射
此為關閉DXR的畫面


此為開啟DXR的畫面


使用DXR,可以即時在所有物體表面上產生正確而精準視角的反射效果
此為關閉DXR的畫面


此為開啟DXR的畫面


不只是鏡子的反射,就連物體表面也看起來更加現實
此為關閉DXR的畫面


此為開啟DXR的畫面


以上的Futuremark的DXR技術展示,皆是透過當今最新GPU硬體所作的即時運算,基於現有的運算方法,因此要在DX12遊戲引擎中實現也非常容易。由於夠成為首批使用DirectX Raytracing的開發人員之一,因此Futuremark對於這個新API的機遇感到非常興奮。Futuremark將在新版的3DMark基準測試中,加入DirectX Raytracing的測試項目,發表的時間大約預計在2018年底。

準備迎接下世代DX12即時光跡追蹤遊戲的來臨

Raytracing不算是新的技術,早在好幾十年前就在使用了,只是當時要繪製出一張具有光跡追蹤的CG(電腦繪圖),都需要花去不少時間 (也就是業界所謂的Ren圖),大家若還記得Cinebench裡面的Ren圖,就是用既有OpenGL的函式去繪製出來的,繪製出一張圖,通常需要花去不少的時間。

不過,拜近年來GPU工業的進步,新款GPU已經能夠對大部分渲染使用光柵化,並且使用較少量的光跡追蹤來增強陰影、反射和其他傳統技術難以實現的效果。總之,透過即時光跡追蹤運算,未來的遊戲畫面將會更逼真!就讓我們期待那天的來臨!

EA的前瞻部門SEED,所繪製的DXR成果圖之一


GDC 2018現場實況!

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