英伟达什么显卡支持光线追踪,10系列显卡光线追踪
就在刚刚，随着新一轮的驱动更新，GEFORCE GTX 1060超过6GB的Pascal架构显卡正式加入光线追踪技术阵营。这意味着使用GeForce GTX 1060 6GB或更高显卡的小伙伴可以在不升级到GeForce RTX 20系列显卡的情况下打开某些光线追踪效果。
但是RTX 20系列和GTX 10系列在物理结构上有巨大的差距，其中之一就是图灵架构的RTX 20系列显卡有RT核来加速光线追踪。那么GTX 10系列是如何实现光线追踪的呢？能做到什么程度？本文就来解答一下。
《雷神之锤II》具有实时光线跟踪效果
DXR的野望
早在去年的GDC游戏开发者峰会上，微软就宣布将DirectX光线追踪整合到DirectX 12中，也就是我们常说的DX12 DXR。从那时起，将光线跟踪从传统的离线渲染转移到实时渲染成为可能。
现在的微软DirectX API遵循一套机制，即软件和游戏层面与硬件分离。也就是说，游戏本身其实并不知道运行在什么硬件上，只有遵循微软DirectX的规则才能调用新的特效。这就是为什么新的3A大作通常只支持Windows 10。很大的原因是DirectX 12只能在Windows 10上运行。近日，微软博客有消息称DX12将反向移植到Windows 7，支持《魔兽世界》更新，但这只是一个例子，不会影响主流3A游戏在Windows 10上的运行模式。
游戏不需要知道用的是什么硬件，所以理论上任何显卡都有可能支持光线追踪。但当视角在硬件和DirectX API之间时，就没那么简单了。微软DXR虽然没有规定硬件应该如何工作，但是指出了硬件应该具备哪些特性，并且允许厂商以黑盒硬件的方式实现功能。这一套做法使得GPU制造商能够以自己的方式实现该功能。
在DXR下，光线追踪提供了两种实现方案，即基于计算的路径和DXR API路径。顾名思义，Compute-base Path在DXR框架下使用通用计算单元进行光线追踪。GeForce GTX 10系列正在使用这一套方法。
另一种实现方案DXR API Path，利用DXR框架的硬件加速电路在GPU上进行光线追踪。在GeForce RTX 20系列上，这个硬件加速电路是RT核心。
无论哪种实现方式，光线追踪都会分为三个动作，即光线生成、光线与场景物体的相交测试、相交的着色计算。其中，相交测试的第二步是最耗时的操作。对于简单场景，75%的时间花在光线和场景物体的相交计算上。在更复杂的场景中，这种操作占用的时间高达95%，求交计算的时间与场景中涉及的对象数量直接相关。
这项技术最终回归到玩家非常了解的道理：游戏场景越复杂，光线追踪操作越多，帧数越低。
所以没有RT核心加速的GeForce GTX 10系列如果要实现光线追踪，依靠着色器硬抗是不会有好结果的。这时，一种光线追迹的分类方案诞生了。
光线追踪的5套方案
实际上，对光线追踪的质量进行分级是不准确的。实际上，接下来的五组光线运行模式包含了不同元素的选择，可以相互叠加，达到不同的光线追踪效果。
反射Reflections
光源的单次反射由实时光线追迹完成，光线主要涉及物体表面。全球BVH将做出反应，以换取更真实的灯光效果。根据不同的素材，算法也会被压缩以换取性能。
换句话说，BVH(Bounding Volume Hierarchy)是实时光线跟踪技术采用的一种加速结构。简单来说，就是把物体一个一个分类，一层一层的不断前进，最终到达每个需要处理的三角形。
其实在离线渲染的时代，开发者会构建一套镜像模型来达到单次反射的效果，但相比实时光线追踪会显得不自然。
二次反射Advanced Reflections
现实世界中的自然光会发生折射、反射和漫反射。这也是实时光线追踪所要追求的真实效果。这是所有显卡噩梦的开始。它不仅包含全局BVH响应，还考虑了每个三角形之间的折射和反射效应。
从实际游戏和Demo证明，如果没有RT核心运算和张量核心的DLSS加速，大部分显卡的流畅度几乎无法保证。
全局光照Global Illumination
世界上，不同材料产生的反射和漫反射不会只有一个方向。光源照亮对象后，全局照明将反映自然光效果，如反射、折射和焦散。配合二次光效，是大多数显卡噩梦中的噩梦。
阴影Shadows
因为光的漫反射，阴影不可能只有一种亮度。执行全局BVH时，需要考虑几个光源和光源类别。
环境光遮蔽Ambient Occlusion
在实时光线追迹技术中，环境光明暗处理会考虑到几个光源和局部BVH，主要目的仍然是改善场景中物体漏光和不真实阴影的效果，让画面更有层次感。
以上五种方案可以单独选择，也可以相互叠加，取决于游戏中光源和特效的选择方案。叠加的越多，效果就越自然。相反，屏蔽某些效果让GeForce GTX 10系列显卡享受到了实时光线追踪的甜头，也让实时光线追踪技术有机会普及到更多游戏中。
当然，对于绝大多数玩家来说，将游戏画质设置交给GeForce Experience进行调整，可以免费获得相对真实的自然光照效果。不管怎么算，都不会吃亏。
