您可能不應(yīng)該在Nvidia GTX 1060 6GB上激活DirectX光線跟蹤

Nvidia剛剛發(fā)布驅(qū)動(dòng)程序，以便在Pascal GTX 1060 6GB GPU及更高版本上啟用Microsoft DirectX光線跟蹤(DXR)。Nvidia公開決定在3月啟用DXR- 這讓許多人感到驚訝，因?yàn)樗荝TX 20系列的標(biāo)志性功能。但此舉也提出了很多關(guān)于業(yè)績或缺乏業(yè)績的問題。GTX 1060 6GB真的可以追蹤光線嗎?

光線跟蹤被許多人稱為圖形渲染的“圣杯”。這項(xiàng)技術(shù)實(shí)際上已經(jīng)存在了幾十年，正在等待有能力的芯片，并最終在專業(yè)渲染場(chǎng)景中找到它的第一次突破。直到2018年第三季度宣布推出的Nvidia RTX 20系列產(chǎn)品，這款技術(shù)才在游戲中實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn) - 以RT Cores形式的專用芯片為基礎(chǔ)。

這些RT核心是Nvidia的RTX 20系列GPU可以在場(chǎng)景周圍驅(qū)動(dòng)大量計(jì)算機(jī)射線的原因。Nvidia的RTX 2080 Ti能夠達(dá)到每秒10 Giga的光線，而它的GTX 1080 Ti只能達(dá)到每秒1.1千兆光線的一小部分。這是一個(gè)巨大的赤字，并且除了最好的Nvidia Turing GPU之外，其他任何東西都禁止游戲“圣杯”。

但就在一個(gè)月前，Nvidia決定為其大部分10系列開放DXR驅(qū)動(dòng)程序支持，GTX 1660 Ti和GTX 1660：基于圖靈架構(gòu)的基礎(chǔ)構(gòu)建的兩張卡沒有RT Cores。此支持?jǐn)U展到這些GPU的桌面和移動(dòng)變體，可以在最新的驅(qū)動(dòng)程序包中下載。

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這也打開了DXR對(duì)當(dāng)今最流行的顯卡GTX 1060 6GB的支持。根據(jù)Nvidia的說法，由于CUDA和VRAM的限制，不支持入門級(jí)卡。

Nvidia在決定在Pascal上釋放DXR時(shí)感到有道理，意圖在游戲玩家中投射更廣泛的網(wǎng)絡(luò)，并在此過程中吸引更多野生開發(fā)者。但整體DXR性能取決于任何給定游戲的射線追蹤實(shí)施，Nvidia急于補(bǔ)充。

“光線跟蹤是一種混合圖形技術(shù)，”GeForce桌面主管Justin Walker告訴我們，“這意味著我們正在進(jìn)行傳統(tǒng)渲染，然后，根據(jù)游戲，我們使用光線跟蹤來實(shí)現(xiàn)不同類型的效果。根據(jù)他們嘗試使用的效果，實(shí)際上會(huì)有非常不同的光線追蹤工作量，這些工作量將會(huì)呈現(xiàn)給GPU。“

沃克在今天的比賽中將射線追蹤分為四個(gè)實(shí)現(xiàn)：

環(huán)境光遮蔽，陰影，思考，全球照明

這些工作負(fù)載中的每一個(gè)都需要不同的過程和技術(shù)。有些可能需要GPU來計(jì)算大量光線和復(fù)雜的反射路徑，而另一些則需要更多的本地化，低影響效果。這對(duì)于能夠?qū)⑦@些高要求工作負(fù)載(RTX 20系列)卸載到不能支持的卡(GTX 10系列)的顯卡之間的游戲性能差異至關(guān)重要。

為了將最低性能影響降至最高(盡管這取決于任何特定游戲的實(shí)現(xiàn))，它會(huì)：環(huán)境遮擋<陰影<反射<全局照明。

我把GTX 1060，GTX 1660和RTX 2060--三代'的Nvidia'主流'顯卡 - 通過適當(dāng)?shù)墓饩€跟蹤游戲基準(zhǔn)測(cè)試套件來看看缺少RT Cores的卡片是如何與真實(shí)物體形成對(duì)比的。并了解每個(gè)光線跟蹤實(shí)施對(duì)性能的影響程度。

環(huán)境光遮蔽

環(huán)境遮擋是游戲中經(jīng)常使用的效果，以逼真地使由于附近物體而無法到達(dá)的區(qū)域變暗。Walker解釋說，這種效應(yīng)的局部性使得它的需求相當(dāng)?shù)?。雖然它需要很多光線，但它在非常小的區(qū)域內(nèi)也是如此。這些短射線的計(jì)算密集度較低，因此對(duì)Pascal顯卡的影響最小。

“環(huán)境遮擋只受附近幾何形狀的影響，對(duì)吧?”沃克說。“如果幾何形狀更遠(yuǎn)，它不會(huì)影響該特定區(qū)域的陰影。因此，我們不必一直追蹤它直到碰到另一塊幾何形狀 - 我們可以有很短的光線。“

一個(gè)適用的基準(zhǔn)是Reflection演示，它充分利用光線跟蹤的環(huán)境遮擋。然而，雖然場(chǎng)景中的環(huán)境遮擋是低影響的，但是它由許多表面之間的復(fù)雜反射補(bǔ)充。因此，帕斯卡努力奮斗，平均只能達(dá)到單位數(shù)fps。

值得注意的是，Reflections演示使用了DLSS，由于缺少Tensor Core，它無法在GTX 10和16系列顯卡上運(yùn)行。Nvidia甚至表示，在這些案件中，這可能對(duì)性能造成損害。

但環(huán)境遮擋可能是Pascal可以處理的光線跟蹤的一種用途。雖然它也不是DXR最令人興奮的用途。

陰影

無論照明數(shù)量或類型如何，這種特定的光線追蹤效果都可以產(chǎn)生逼真的動(dòng)態(tài)陰影。通過跟蹤場(chǎng)景中的光路以及它如何與物體相互作用，可以通過預(yù)烘焙照明場(chǎng)景以前無法實(shí)現(xiàn)的方式實(shí)現(xiàn)逼真的陰影。

雖然GPU的計(jì)算成本可能非常昂貴，但也許Pascal有一線希望。這一切都?xì)w結(jié)為游戲開發(fā)者，因?yàn)楣饩€追蹤照明的性能影響取決于游戲世界中使用的照明的數(shù)量和形式。

如果減少場(chǎng)景中的燈光或?qū)ο髷?shù)量，或者減少多少會(huì)影響陰影，則可以顯著減少實(shí)時(shí)渲染場(chǎng)景所需的光線量。

“如果場(chǎng)景中只有一個(gè)物體，你就不必進(jìn)行大量的光線追蹤，以弄清楚它是如何被遮擋的，”沃克說。“但是如果你有多個(gè)物體，你的幾何體非常復(fù)雜，那么你當(dāng)然需要更多的光線才能找出場(chǎng)景中所有陰影的位置。”

對(duì)于今天有限的支持DXR的庫，“古墓麗影之影”是您獲得可接受性能的最佳選擇。它僅在陰影上使用光線跟蹤，設(shè)置菜單中的粒度意味著即使是GTX 1060也可以處理熱量。但是這樣的Pascal友好陰影也很難發(fā)現(xiàn)。因此，您可能會(huì)發(fā)現(xiàn)自己將DXR轉(zhuǎn)回來縮短幀時(shí)間。

思考

Ray Traced反射可能對(duì)游戲中的幀速率造成極大的不利影響，正如Battlefield V在發(fā)布時(shí)的表現(xiàn)所證明的那樣。起初DICE試圖在每個(gè)表面上使用光線跟蹤，這是一項(xiàng)計(jì)算量很大的任務(wù)。然而，與Nvidia合作，DICE提出了一個(gè)解決方案。而不是在游戲中的每個(gè)表面上反射光線，它只會(huì)嘗試使用特別閃亮或反光的那些 - 例如水坑，窗戶和金屬。

結(jié)果是要求相當(dāng)?shù)偷臇|西。“戰(zhàn)地V”場(chǎng)景在需要光線跟蹤的區(qū)域和不需要光線跟蹤的區(qū)域上進(jìn)行評(píng)級(jí)。這種方法可以在游戲中進(jìn)一步實(shí)施，以減少傳統(tǒng)GPU芯片在沒有RT核心的情況下的負(fù)擔(dān)。

然而，科幻FPS Atomic Heart與“戰(zhàn)地五號(hào)”的低沖擊反射完美對(duì)比。它利用更復(fù)雜的反射，將反射相互反射，為場(chǎng)景增添更多真實(shí)感和深度。但是，這會(huì)殺死Pascal GPU。

“所以在Atomic Heart中，這很有意思，”Walker繼續(xù)說道，“因?yàn)樗懈呒?jí)的反射效果。除此之外，還有一個(gè)陰影效果。因此GPU上的光線跟蹤和光線追蹤需求明顯增加。“

然而，關(guān)于GTX 1660在Atomic Heart中的表現(xiàn)還有待說明。當(dāng)然，它仍然是游戲的全部垃圾，但圖靈架構(gòu)中的優(yōu)化，例如并發(fā)執(zhí)行，使得GTX 1660幾乎是GTX 1060得分的兩倍。

新發(fā)布的Justice RTX技術(shù)演示和3DMark Port Royal都使用了高級(jí)反射。因此，預(yù)計(jì)10系列顯卡都不會(huì)出色。

全球照明

最苛刻的是全局照明。它的名字有點(diǎn)，不是嗎?盡管大多數(shù)技術(shù)可以以這種或那種方式進(jìn)行本地化，但是全局照明在任何地方都是無處不在的，而且渲染的成本非常高。

每條光線都負(fù)責(zé)根據(jù)像素周圍的幾何和光照對(duì)像素進(jìn)行著色，從而創(chuàng)建一個(gè)可變且逼真的場(chǎng)景。然而，操作所需的光線量是巨大的，每個(gè)像素至少需要單個(gè)光線在場(chǎng)景周圍彈跳。

全局照明通常預(yù)先烘焙到標(biāo)題中，從而卸載使場(chǎng)景遠(yuǎn)離客戶端PC的工作。但是，生成的場(chǎng)景是靜態(tài)的，無法對(duì)周圍的環(huán)境做出反應(yīng)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，您必須準(zhǔn)備好花費(fèi)寶貴的GPU資源，最好與專用芯片同時(shí)使用。

正如你在Metro Exodus中看到的那樣，所有這些光線都證明Pascal無法處理。即使圖靈的優(yōu)化也沒有為GTX 1660的性能帶來任何實(shí)實(shí)在在的好處，兩款顯卡都難以達(dá)到20fps。

在這四個(gè)實(shí)現(xiàn)中，Pascal只能管理一些。而且他們?cè)谶@方面已經(jīng)相當(dāng)?shù)驼{(diào)了。在“古墓麗影之戰(zhàn)”和“戰(zhàn)地V”中至少有一點(diǎn)性能可以實(shí)現(xiàn)最小的光線追蹤。

雖然對(duì)于低影響，細(xì)粒度的DXR可能會(huì)有一線希望，但您也不希望太大地降低圖形設(shè)置，以便在啟用光線跟蹤的情況下達(dá)到可播放的幀速率。如果沒有專用的硅片，它會(huì)產(chǎn)生很大的影響，渲染的效果也很大。它也是一種圖形增強(qiáng)，通常足夠逼真，一旦你沉浸在游戲中，你的大腦就會(huì)完全忽略它。但值得注意的是將圖形設(shè)置從超級(jí)轉(zhuǎn)換為中級(jí)/低級(jí)。當(dāng)光線跟蹤以犧牲傳統(tǒng)性能為代價(jià)時(shí)，不值得保真和質(zhì)量的損失。

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如果沒有Tensor Cores，Nvidia的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就失去了所有智慧。因此，即使DLSS也無法像在RTX 20系列中那樣拯救pascal GTX卡。

也許在未來幾年內(nèi)，最好在圖靈20系列和16系列卡中更好地利用并發(fā)浮點(diǎn)和整數(shù)優(yōu)化。但這個(gè)拐點(diǎn)可能還有很長的路要走。市場(chǎng)上仍然只有少數(shù)幾款能夠使用DXR，RT核心的游戲。

那你可以在GTX 1060上使用光線追蹤嗎?不，或者至少你不應(yīng)該。光線追蹤的成本太高了，你最好在這個(gè)過程的其他地方利用有限的處理能力。