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(zhuǎn)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(zhuǎn)換為2D圖像的像素，進而呈現(xiàn)在顯示設(shè)備上。

這一過程也就構(gòu)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(shè)計好的，如果開發(fā)者設(shè)計時不那么嚴謹，就會在不應(yīng)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(shè)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(shù)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(guān)系的過程。但該技術(shù)目前實現(xiàn)起來非常困難，因為這一技術(shù)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(shù)自誕生之日起，就有人斷言20年之內(nèi)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(shù)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，非常卡頓，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。