《战地V》RTX光线追踪/DLSS超采样技术解析评测

[page]RTX/DLSS引领未来游戏画面[/page]

　　4月23日晚，NVIDIA用GTX1650为整个图灵格局添上了最后一颗棋子，纵观所有图灵显卡，NVIDIA在全新的RTX20系显卡中实现了真正意义上的实时光线追踪画面，同时将深度学习技术运用在GPU图像处理领域。RTX光线追踪与DLSS深度学习这两款图像处理的新技术同时受到了芯片巨头AMD和Intel的认可，这也意味着NVIDIA是定义未来游戏画面的第一人。
　　
　　当然NVIDIA的革新之路并不是一帆风顺，两款技术在首发时都出现了一些问题和不少的质疑声，RTX光线追踪在RTX20系显卡正式发布前曾在《古墓丽影：暗影》中试跑，顶级卡皇RTX2080Ti在1080P分辨率下还不足30帧的夸张性能需求则是对RTX光追踪技术在公信力上的重创，而该技术在《战地V》上首发时也遇到了性能需求过大从而影响游戏流畅度的问题。
　
　　而DLSS深度学习超采样技术选择同时在《地铁：离去》和《战地V》上首发，却遇到在开启DLSS技术后游戏画面物体轮廓模糊和出现明显锯齿的问题，媒体评价和玩家反馈都并不十分理想。
　　
　　好在这些问题经过NVIDIA与游戏开发商的多次优化都得到了有效解决，RTX20系显卡可以在相对应的分辨率保证60帧畅玩，而开启DLSS技术后的画面也有了明显改善，NVIDIA甚至将DLSS技术独立置入《圣歌》中，在性能提升和画面表现上同样十分优秀。而目前仅剩的唯一一个问题就是支持这两款技术的并不多。
　　
　　在本月GTX1660Ti笔电的发布会现场，NVIDIA同时展示了开启RTX技术后《逆水寒》的画面特效表现，所以无需担心，NVIDIA曾许诺支持RTX/DLSS技术的游戏都将陆续到来，本文就从《战地V》这款游戏解析评测RTX光线追踪与DLSS超采样这两款跨时代的图像渲染新技术，下面我们先来从理论知识上再次了解这两款技术的实现原理。
　　[page]RTX光线追踪技术浅析[/page]
　　在进入测试环节前，我们先来对RTX光线追踪渲染技术和较为常见的光栅化渲染技术进行简单介绍，以保证在下文中可以更好的理解RTX技术在不同画面中会有明显的帧数差异。
　　作为自上世纪90年代起主要的渲染技术，光栅化渲染技术在相当一段长的时间内决定了画面阴影特效的质量层级。这种技术在对画面渲染前，会降画面分辨率的水平像素值进行细分，根据顶点渲染生成的三角形以人眼所接收到的二维画面来创建需要渲染的图像，再通过计算确定其的位置与大小后进入光栅器，由光栅器的计算来判断这个小三角形上的那些像素被遮蔽或者需要呈现其他三角形的投影。
　　
　　光栅化高度普及一个重要原因就是这种渲染技术的速度较快，配合寄存器与高速缓存可以拥有很快的渲染速度。但当画质提升后在渲染更为精密复杂的特效时，光栅化技术的弊端开始显露，复杂的特效需要渲染更多的三角形才能实现，但光栅化在同一时间只渲染一个三角形，为保证渲染速度只能让更多其他技术技巧进行补足，所以光栅化在实现高级特效时将会相当复杂。而专门针对高级特效的光线追踪技术应运而生。
　　
　　而光线追踪技术的概念十分好理解，简单地说，就是用光线模拟了人眼在观看事物时的视线，而该技术则是追踪这条代表视线的光线。由人眼（屏幕）发出的这条虚拟光线在触碰到物体后，会根据数据记录的物体材质进行反射、折射或是被物体吸收，而光追踪核心将记录这些光线触碰到物体后产生的阴影等效果，并进行逐一渲染。光线在折射、反射后发出的次生射线将不断重复反射、折射、被吸收和被遮挡等等的过程，直到整个画面的所有特效完成渲染为止。
　　
　　如此先进但又如此简单的技术理念早在1968年就被提出，但由于技术受限一直无法实现真正意义上的光线追踪技术。该技术不同以往技术对画面特效进行记录计算然后渲染的过程，而是把2D的画面模拟成一个空间，再通过模拟屏幕前用户的视觉光线来进行光线特效的计算预渲染。在理论上，这种渲染效果带来的光影特效与现实生活中可视的光影别无二致，但由于显示器的分辨率与人眼的分辨率相差太过巨大，目前并不能实现该层级的光影特效。不过在极限画质的加持下，光线追踪带来的光影特效在《战地V》中已经可以达到以假乱真的实体表现。
　　
　　虽然技术理解起来简单，但根据此前英伟达官方给出的数据来看，每条光线在进行一次完整的反射过程需要上千条指令来共同完成，这种模拟光线反射来进行特效渲染的方式大大增加了渲染过程的计算量。为此英伟达使用图灵架构节约出的核心面积加装了独立的RT core光线追踪内核，来为特效渲染的过程进行加速，这也是实现实时光线追踪的关键因素之一。
　　[page]DLSS深度学习超采样技术解析[/page]
　　在RTX20系显卡首发时，NVIDIA曾用虚幻4引擎的《渗透者》DEMO测试画面进行比对说明，DLSS提供了与TAA相似的图像质量，性能大幅提高。
　　　　DLSS技术可以达到这样的性能表现关键在于其学习过程，而DLSS的学习主要对象就是64x超级采样。64x超级采样是在像素内以64个不同的偏移进行着色后组合输出，产生具有理想细节和抗锯齿质量的结果图像。之后，DLSS学习匹配64xSS输出帧，通过遍历每个输入，要求DLSS产生一个输出，测量其输出和64xSS目标之间的差异，并根据这些差异调整网络中的权重。在多次重复之后，DLSS自己学习以产生接近64xSS质量的结果，同时学习避免影响经典抗锯齿的模糊、去遮挡和透明性的问题。
　　
　　除此之外，DLSS 2x也是达到DLSS效果的另一种方式。在这种情况下，DLSS输入以最终的目标分辨率呈现，然后由较大的DLSS网络组合以产生接近64x超级抗锯齿的输出图像，这种结果不可能通过任何传统手段实现的。
　　[page]RTX/DLSS画面对比[/page]
　　《战地V》在开放RTX支持后展现出的光影特效令人难忘，尤其是充满反射介质的鹿特丹中体验令人沉浸，为更好地展现两款技术对游戏画面的革新，我们选取了几张《战地V》“火线风暴”中的RTX、RTX+DLSS与无特效原画间的画面对比。（由于开关DXR需要重启游戏，故部分截图存在细微角度差异。）
　　

　　DXR最高特效　　

　　DXR最高特效+DLSS

　　无特效原画　　

　　DXR最高特效　

　　DXR最高特效+DLSS

　　无特效原画

　　[page]RTX光追踪在不同游戏中的应用[/page]
　　目前支持RTX光线追踪技术的游戏有《地铁：离去》、《古墓丽影：暗影》和《战地V》，演示DEMO包括《NVIDIA-星球大战DEMO》和3DMark光线追踪测试DEMO，在对比所有游戏/DEMO的光追画面后发现特效表现有着非常大的不同。
　　

　　“光线追踪技术”包含多个独立的特效，每个不同的特效都会对显卡性能有不同层级的性能需求，如上图中《地铁：离去》所使用的全局光照是在一定程度上模拟现实生活中光线反射的路径，存在反射、折射、漫反射等等，是光追特效中最吃显卡性能的特效。而游戏开发商会根据自家游戏性能表现决定在游戏中开放几种特效的支持，这也是为什么《古墓丽影：暗影》在开启RTX技术后并没有看到如同《战地V》中出现的真实水面反射倒影。下面我们来看看比较典型的光线追踪画面特效。
　　
　　[page]测试平台与测试细节[/page]
　　在本次性能测试中，我们选择受众广泛的1080P、2K、4K三个档位分辨率进行测试，分别测试开启“DXR光追踪反射”和“DXR+DLSS抗锯齿”下的游戏帧数实况，其中游戏画质默认最高，DXR特效默认最高，测试使用帧数测试软件记录游戏内一分钟的帧数变化，测试全程关闭垂直同步。
　　
　　本次测试使用来自技嘉的RTX20系显卡，为保证显卡性能全部发挥，测试平台选择搭载性能强劲的9代酷睿i9-9900k处理器，使用技嘉Z390 AORUS PRO WIFI主板，配以美商海盗船复仇者双通道DDR4 16G内存，电源部分选择通过美国80PLUS金牌认证的长城Fire G7电源，测试平台其他参数如下：
　
　　[page]技嘉RTX2080Ti XTREME 大雕简赏[/page]
　　本次测试中，感谢来自技嘉提供的硬件支持，本次测试显卡中使用到了顶级非公技嘉RTX2080Ti大雕，下面通过几张图片简单了解一下这张站在顶端的顶级显卡。
　　
　　技嘉RTX2080Ti XTREME大雕外观设计采用银黑相间的配色，立体式拉丝材质外饰使显卡十分炫酷，显卡采用3风扇散热设计，风扇直径达10cm。技嘉RTX2080Ti大雕的boost频率上限高达1770MHz，这也是强劲性能的保证。显卡使用双8pin供电方案，支持NVLink双卡桥接技术。
　
　　显卡背板在保护PCB板不受外力损坏的同时，还可以起到辅助散热的效果，背板LOGO处集成了RGB灯饰，在显卡点亮时同样非常炫酷。
　
　
　　技嘉RTX2080Ti大雕还是比较厚重的，显卡使用两段式全覆盖散热鳍片，散热器与PCB元件间加有导热硅贴以辅助显卡核心供电与显存供电等元件的散热。
　　
　　在接口面提供了三个DP接口、三个HDMI接口和一个USB Type-C接口。　
试使用的技嘉Z390 AORUS PRO WIFI主板同样配置豪华，该板使用13相超规格服务器级别CPU供电，提供两条M.2插槽、三条PCIE插槽、四条DDR4插槽以及六个SATA接口，在芯片组、接口面板及M.2固盘处均设有装甲辅助散热。
　　[page]DXR光线追踪性能测试[/page]

　　《战地V》的光线追踪技术的重点主要在“反射”上，所以游戏画面中的镜面材质的光影反射效果会格外真实惊艳，下面是在三档分辨率下的帧数测试成绩。
　　4K+DXR最高特效

　　2K+DXR最高特效

　　1080P+DXR最高特效

　　从测试成绩来看，仅开启DXR光线追踪反射后仅是RTX2080与RTX2080Ti的主战场，而RTX2060、RTX2070两款显卡无法达到与其对应1080P与2K分辨率的60帧畅玩，即使是RTX2080在2K下的帧数也保持在47帧可玩的边缘徘徊，但对于胜负只在刹那间的竞技类FPS游戏中这个帧数还是差点儿意思。
　　低分辨率表现平平，但在高分辨率4K下，80级显卡有着出乎意料的表现，其中RTX2080Ti在4K分辨率下有着接近完全流畅水准56帧的表现，这是自RTX面世以来首次看到无需DLSS辅助即可在4K下接近60帧的性能表现，看来NVIDIA对顶级光追画面的优化还是下了不少功夫。
　　[page]DLSS深度学习超采样性能测试[/page]　　
　　NVIDIA根据不同显卡的性能水准为中高端RTX显卡限制了DLSS的使用权限，其中RTX2080Ti仅支持在4K分辨率下开启DLSS，RTX2080支持在4K/2K分辨率下开启DLSS，而RTX2070与RTX2060支持全分辨率开启DLSS技术，下面是RTX显卡DLSS性能测试成绩:
　　4K+DXR最高特效+DLSS

　　2K+DXR最高特效+DLSS　
　　1080P+DXR最高特效+DLSS　　
　　在开启DLSS抗锯齿后， 所有显卡均有非常明显的帧数提升，所有显卡也均在对应分辨率达到了完全流畅的帧数水准。从具体数据来看，DLSS在高分辨率下表现更佳出色，其中在4K分辨率参与测试的显卡均有24%-40%的帧数提升，当然在2K和1080P下DLSS同样重要，将RTX2060与RTX2070双双抬过60帧门槛，对游戏的实机体验还是有非常明显的改善。
　　在本次测试中，我们很高兴得看到在没有DLSS技术支持下，RTX2080Ti也能在4K分辨率下有着接近60帧的表现，这说明即使游戏已经支持DLSS，而DICE和NVIDIA对RTX的优化并未停止，而对于入门光追显卡RTX2060来说，DLSS更是一个提升游戏性能非常重要的手段，且在当前版本开启DLSS画面后，边缘模糊和锯齿化的问题已经得到明显的改善，带到更多游戏支持DLSS，在经过更多次的深度学习后DLSS技术一定会给出更好的图片处理效果。