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光追蹤性能區分測試:4K性能提升40% 2070幀數破百

  今年11月中旬,幾經跳票的射擊類遊戲大作《戰地風雲V》正式解禁,同時這款遊戲也作為NVDIA-RTX20系顯卡發售後首款支持RTX光線追蹤的遊戲,在短時間內收獲相當數量的關注度。

  NVIDIA用全新特效技術所描繪的未來遊戲畫面自然沒有讓玩家失望,RTX實時光線追蹤所帶來電影級別的光影特效,讓本就擁有不錯畫面表現力的《戰地風雲V》更具沉浸感和真實感,為所有在這個遊戲內征戰廝殺的玩家高度還原了二戰戰場。但在光追蹤首發性能測試中,即使是新一代RTX20系顯卡在開啟DXR光追蹤選項後,遊戲內的平均幀數都有大幅度的折損,尤其是在光追蹤特效較多的“鹿特丹”地圖中,僅有RTX2080Ti能保證在1080P分辨率下的60幀流暢遊戲體驗。

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  如此大幅度的幀數折損自然難以被玩家接受,更別說這是一款對幀數有苛刻需求的射擊類競技性遊戲,但作為市面上唯一一款支持RTX技術的遊戲,也並無其他參考對象來判定這是遊戲自身的問題,或是技術自身存在弊端。

  近日,NVDIA通過官方Youtube頻道發布關於戰地風雲V光線追蹤優化補丁的相關影片,其中表明Dice工程師和Nvidia工程師們研發出了名為“可變速率光追”的全新光追模式,和可變速率著色的原理一樣,光追射線將集中於畫面中比較重要的部分。同時這次還改進了降噪器的算法,BVH重新設定,著色器改進,修正了極度影響性能的“邊框”bug(摧毀可摧毀場景的時候不會出現幀數爆降了),還有對大量樹葉和植物場景的光追優化(見下圖)。

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  不過很快就有網友表示這項優化措施的核心重點,實為將玩家注意不到的畫面細節進行像素點合並,通過側面削減光追蹤特效來保證開啟DXR後的遊戲幀數,而在光追蹤特效較多的場景中,也並不能達到NVDIA官方宣傳“在2K分辨率保證60幀”的水準。

  在遊民星空之前對光追蹤技術的極限效能解析中,根據擁有不同光追蹤特效層級的不同地圖,針對這款技術進行了區分測試,而在NVDIA與遊戲開發商DICE聯合發布補丁之後,我們再一次進入《戰地風雲V》,一探優化過的光追蹤究竟能有怎樣的表現。

  RTX光線追蹤技術淺析

  在正式進入測試環節前,我們先來對RTX光線追蹤渲染技術和較為常見的光柵化渲染技術進行簡單介紹,以保證在下文中可以更好的理解RTX技術在不同畫面中會有明顯的幀數差異。

  作為自上世紀90年代起主要的渲染技術,光柵化渲染技術在相當一段長的時間內決定了畫面陰影特效的品質層級。這種技術在對畫面渲染前,會降畫面分辨率的水準像素值進行細分,根據頂點渲染生成的三角形以人眼所接收到的二維畫面來創建需要渲染的影像,再通過計算確定其的位置與大小後進入光柵器,由光柵器的計算來判斷這個小三角形上的那些像素被遮蔽或者需要呈現其他三角形的投影。

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  光柵化高度普及一個重要原因就是這種渲染技術的速度較快,配合寄存器與高速緩存可以擁有很快的渲染速度。但當畫質提升後在渲染更為精密複雜的特效時,光柵化技術的弊端開始顯露,複雜的特效需要渲染更多的三角形才能實現,但光柵化在同一時間隻渲染一個三角形,為保證渲染速度只能讓更多其他技術技巧進行補足,所以光柵化在實現高級特效時將會相當複雜。而專門針對高級特效的光線追蹤技術應運而生。

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  而光線追蹤技術的概念十分好理解,簡單地說,就是用光線模擬了人眼在觀看事物時的視線,而該技術則是追蹤這條代表視線的光線。由人眼(螢幕)發出的這條虛擬光線在觸碰到物體後,會根據數據記錄的物體材質進行反射、折射或是被物體吸收,而光追蹤核心將記錄這些光線觸碰到物體後產生的陰影等效果,並進行逐一渲染。光線在折射、反射後發出的次生射線將不斷重複反射、折射、被吸收和被遮擋等等的過程,直到整個畫面的所有特效完成渲染為止。

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  如此先進但又如此簡單的技術理念早在1968年就被提出,但由於技術受限一直無法實現真正意義上的光線追蹤技術。該技術不同以往技術對畫面特效進行記錄計算然後渲染的過程,而是把2D的畫面模擬成一個空間,再通過模擬螢幕前用戶的視覺光線來進行光線特效的計算預渲染。在理論上,這種渲染效果帶來的光影特效與現實生活中可視的光影別無二致,但由於顯示器的分辨率與人眼的分辨率相差太過巨大,目前並不能實現該層級的光影特效。不過在極限畫質的加持下,光線追蹤帶來的光影在《古墓奇兵:暗影》與《戰地風雲V》中已經可以達到以假亂真的實體表現。

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  雖然技術理解起來簡單,但根據此前NVIDIA官方給出的數據來看,每條光線在進行一次完整的反射過程需要上千條指令來共同完成,這種模擬光線反射來進行特效渲染的方式大大增加了渲染過程的計算量。為此NVIDIA使用圖靈架構節約出的核心面積加裝了獨立的RT core光線追蹤內核,來為特效渲染的過程進行加速,這也是實現實時光線追蹤的關鍵因素之一。

  更新前後RTX光線追蹤畫面對比

  根據NV對遊戲補丁的說明,除了部分BUG修複外,更重要的變化則是新版本的光線追蹤將主要集中在畫面的重要部分,這樣的說辭難以讓玩家不認為NV是否“以削代優”來處理耗能巨大的RTX技術,下面我們通過更新前後相同畫面的比對,來看看這次更新對畫面有什麽影響。

  DXR光追蹤關閉

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  更新前(DXR品質最高)

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  更新後(DXR品質最高)

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  更新後(DXR品質中等)

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  更新後(DXR品質低)

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  DXR光追蹤關閉

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  更新前(DXR品質最高)

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  更新後(DXR品質最高)

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  更新後(DXR品質中等)

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  更新後(DXR品質低)

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  根據我們在遊戲中同一畫面下的多個截圖對比可見,DXR光線追蹤帶來的光影特效提升是光柵化渲染方式無法比擬的,但根據更新前後的畫面截圖對比,難以用肉眼辨識出DXR特效有明顯的削減跡象,倒是在光追蹤特效較多的鹿特丹地圖中,通過調節光追蹤特效的品質可以從地面上的水漬部分和步槍瞄準鏡的反光情況清楚地看到DXR光追蹤特效逐次減少,以此來提高遊戲幀數保證流暢度是一種有效的方法。

  測試分辨率與畫質說明

  經過實機體驗,《戰地風雲V》在不同的分辨率和畫質等級下有著較為明顯的差異,而在本次測試中,我們選擇最具代表性的三檔分辨率進行測試:

  4K:3840*2160

  2K: 2560*1440

  1080P: 1920*1080

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  本作在畫質上擁有最高、高、中等、低四檔,為保證極致畫面的遊戲體驗,我們選擇在三檔分辨率下全採用最高畫質進行測試,測試全程使用Afterburner軟體進行幀數記錄,在遊戲開啟多人對戰模式穩定運行後截取一分鐘內的遊戲幀數表現情況進行記錄,RTX20系列的三款顯卡(RTX2070/RTX2080/RTX2080Ti)默認開啟DXR(光線追蹤)選項。遊戲解析度100%,UI縮放率為50%,測試全程關閉垂直同步,DXR光線追蹤品質默認最高。

  測試地圖RTX特效區分

  在開啟RTX光線追蹤後(遊戲內為DXR選項),我們發現在不同地圖中使用同一硬體配置環境,卻有較大的幀數差別,考慮到光追蹤特效較多以鏡面反射的方式表現,為保證測試結果的對比性,故本次測試中,我們與上次測試相同,按照地圖場景特效的複雜程度進行劃分,從所有地圖中選擇最具代表性的三張地圖進行測試。

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  最低性能需求測試地圖《岩漠》

  這張地圖以砂石地為主,在主要交戰區域幾乎沒有水源等鏡面物品,且建築較為密集,大多場景都覆蓋在陰影環境內,無法很好地展現出RTX光線追蹤特效,故作為開啟RTX光追蹤後最低性能測試地圖。

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  中等性能需求測試地圖《菲耶爾652》

  該地圖作為《戰地風雲V》中畫面表現亮眼的地圖之一,主要場景為雪山山脈頂部,雖然沒有非常明顯的鏡面場景,但整張地圖光線充足,大量粗糙面的雪地會讓光線產生漫反射,同時地圖氣象會產生變化,可以測試到更多場景下的光追蹤幀數變化,故作為中等性能測試地圖。

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  極限性能需求測試地圖《鹿特丹》

  《鹿特丹》作為測試時就開放的地圖之一,想必大多玩家都更為熟悉,在這張地圖中的各個地方充滿了可以反射、折射光線的介質,比如大量的路面積水、一層建築的玻璃櫥窗、路邊轎車的光面材質等,這張地圖存在大量可以很好展示光追蹤特效的因素,故作為極限性能的測試地圖。

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  測試平台介紹

  本次測試主要針對RTX20系顯卡開啟DXR光追蹤後在《戰地風雲V》中的實際表現情況,我們選用顯卡一線品牌索泰的RTX2080Ti/2080/2070共三張顯卡進行測試,除此之外,為保證顯卡性能和遊戲表現得到充足發揮,測試平台選擇搭載最新的9代酷睿i9-9900k處理器,使用微星Z390主機板,配以雙通道DDR4 16G記憶體,電源部分選擇通過美國80PLUS鉑金認證的長城Fire G750電源,測試平台其他參數如下:

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  地圖《岩漠》全分辨率RTX測試

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  地圖《菲耶爾652》全分辨率RTX測試

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  地圖《鹿特丹》全分辨率RTX測試

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  光線追蹤性能區分測試總結

  在之前的測試中,RTX20系的三款顯卡在開啟DXR光追選項後的幀數表現並不是十分樂觀,雖然根據地圖的光追蹤特效區分後,新顯卡均能在光追特效表現較少的“岩漠”地圖中達到較流暢的遊戲體驗,但在光線更為充足且光追蹤特效表現更明顯的菲耶爾/毀滅/鹿特丹地圖中,來自RTX特效的巨量性能負載讓流暢度與良好體驗相去甚遠,即使是新一代頂級遊戲顯卡RTX2080Ti,在4K分辨率下的鹿特丹地圖中也僅有32幀的次流暢水準。

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  而在12月4日的大更新後,RTX光線追蹤技術得到了深度優化,同時EA與NVDIA根據使用RTX光追蹤技術第一批用戶的反饋,對遊戲內的一些影響到新渲染技術的BUG進行了修複。根據本次的測試結果來看,經過NV與DICE幾番操作後的RTX光線追蹤技術在《戰地風雲V》中的幀數表現,相較於11月中旬初版本的《戰地風雲V》光追體驗有明顯的提升。

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  在光追蹤特效表現較低的地圖“岩漠”中,RTX2080和RTX2070兩款顯卡在各個分辨率下幀數的提升幅度非常明顯,RTX2070在1080P下更是有破百的平均幀數表現,而性能頂尖RTX2080Ti在4K與2K的表現與之前相比僅有個位數的增長,在1080P下與之前保持相同水準。而在性能需求中等的“菲耶爾”雪山地圖中,充足的光線與大片毛面的雪地讓整個遊戲畫面裡充滿了漫反射,此前的測試中RTX20系各款顯卡均在這張地圖中開始展露疲軟的態勢,遊戲實機體驗也並不那麽良好,經過遊戲優化後,在這張地圖裡4K/2K分辨率下的幀數變化最為明顯,RTX2080Ti可以達到4K/57幀,RTX2070則能在2K下擁有58幀的表現,這兩張顯卡重新在相對應的分辨率下再次掌控遊戲。

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  “鹿特丹”作為本次測試的重點地圖,負責衡量極限光追蹤場景畫面下各顯卡的表現,在首版本這張地圖中的測試結果簡直不忍直視,RTX2080Ti的4K/34幀2K/50幀和1080P/61幀的表現,RTX2080和RTX2070更是完全崩盤,如此般表現可以說直接撼動了RTX光線追蹤的實用性。

  在這次測試之前,我們十分擔心在如此苛刻的環境中新顯卡能否展現出應有的水準,結果是測試幀數表現整體向上提升一檔,RTX2070和RTX2080Ti可以分別保證1080P與2K下的完全流暢體驗,在性能需求最極限的4K分辨率下RTX2080Ti也有10幀的提升。

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  總體來說,這次遊戲更新可是算是給光追蹤技術打了一劑強心針,把這款直指未來遊戲畫面的渲染技術從“實用性差、耗能高、代價高”等口誅筆伐的邊緣拉了回來,雖然並沒有完全達到NVDIA官方宣傳的100%的性能提升,但在中高級的特效畫面中,RX20系的三款顯卡均有明顯的幀數提升,尤其是之前整體表現非常糟糕的RTX2070,在本次測試中也展現出重新對1080P/2K光追蹤畫面的掌控之勢,實為本次優化的最大贏家。但在4K環境下表現還是略顯尷尬,RTX2080Ti雖說有小幅提升,但與射擊遊戲60幀的要求還有明顯差距,且在最新版本417.35的驅動中移除了《戰地風雲V》對雙卡SLI的支持,表明著無法通過雙卡橋接來提升遊戲中的光追畫面幀數,玩家只能寄希望於在今後NV與遊戲開發商能對頂級的光追遊戲畫面再次進行優化。

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  顯卡推薦

  光追蹤甜點:索泰RTX2070 X-GAMING

  在前文中,我們通過對比測試印證了鹿特丹中大量複雜的特效時導致RTX20系顯卡表現不佳的主要原因,但通過12月4日的遊戲更新優化後,RTX2070可以保證在1080P的流暢體驗,在性能需求並不那麽大的菲耶爾以及岩漠地圖中,RTX2070更是能在2K分辨率下擁有相當不錯的遊戲體驗,更別說這款顯卡作為RTX20中高端顯卡,價格定位也十分親民,可以說是目前體驗光線追蹤最劃算的選擇。

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  骨灰級玩家推薦:索泰RTX2080Ti X-GAMING

  RTX2080Ti作為頂級遊戲顯卡主要針對大多遊戲的4K分辨率環境下的流暢運行,但開啟光線追蹤技術後在鏡面材質因素較多的畫面中即使使用單卡RTX2080Ti都難以保證流暢的遊戲體驗,尤其是最新版本的驅動取消了《戰地風雲V》對雙卡橋接使用的支持著實有些尷尬。

  但在本次驅動更新說明中強調,NV以及遊戲開發商非常重視《戰地風雲V》中的光追蹤體驗,並且會一直致力於尋找可以優化的細節,而頂尖顯卡RTX2080Ti的遊戲表現更是重中之重,更別說在今後會逐漸開放更多支持RTX光線追蹤技術的遊戲,若想兼得頂級畫面與流暢遊戲體驗,一步到位選擇RTX2080Ti則是更明智的選擇。

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