DirectX不是全部!3D游戲圖形技術(shù)解析
泡泡網(wǎng)顯卡頻道2月19日 近年來3D圖形技術(shù)的發(fā)展勢頭非常迅猛，軟件方面游戲的畫面和逼真度有了長足進(jìn)步，硬件方面顯卡的更新?lián)Q代越來越頻繁。但始終存在這樣一個(gè)現(xiàn)象，無論顯卡的性能翻多少倍，游戲玩家們總感覺還是不夠強(qiáng)大，GPU龐大的運(yùn)算能力到底被誰吃掉了呢？
答案很簡單，游戲?yàn)榱颂岣弋嬅尜|(zhì)量、更加接近于真實(shí)世界，使用了諸多先進(jìn)的圖形技術(shù)，特效的“濫用”大幅提升了游戲畫面水平，但也抵消掉了GPU性能的增長。
那么最新的圖形技術(shù)到底能給游戲帶來多少的畫面改進(jìn)，對于顯卡的需求會有多夸張呢？今天筆者就將主流游戲中使用最廣泛的技術(shù)提取出來，對其原理和需求進(jìn)行詳細(xì)的分析，以饗讀者。
其實(shí)很多非常先進(jìn)的游戲高級圖形技術(shù)都包括在了新版本的DirectX API當(dāng)中，或者說是通過DirectX中的Shader Model新指令集來實(shí)現(xiàn)。但這些東西并不容易理解，也不夠直觀，所以本文反其道而行之，通過肉眼可以看得出來的差別來分析DirectX版本更新對于圖形技術(shù)的改進(jìn)到底有多大？
● 游戲中為什么需要模糊處理？清晰一點(diǎn)不是更好嗎？ 首先請大家思考一個(gè)問題：為什么每秒24幀的速度對于電影來說已經(jīng)足以獲得很流暢的視覺效果，而對于游戲來說卻會顯得磕磕碰碰呢？ 原因很簡單，攝像機(jī)在工作的時(shí)候并非一幀一幀絕對靜止的拍攝，它所攝下的每一幀圖像已經(jīng)包含了1/24秒以內(nèi)的所有視覺信息，包括物體在這1/24秒內(nèi)的位移。如果在看電影的時(shí)候按下暫停鍵，我們所得到的并不是一幅清晰的靜止畫面，而是一張模糊的圖像，問題就出在這里！ 傳統(tǒng)的電腦3D圖像做不到這一點(diǎn)，游戲里的每一幀就是一幅靜止畫面，如果你在運(yùn)動(dòng)的過程中截一張圖片下來，得到的肯定是一幅清晰的靜態(tài)圖。 所以，運(yùn)動(dòng)模糊技術(shù)的目的有二：一是增強(qiáng)快速移動(dòng)場景的真實(shí)感，二是在FPS并不高的時(shí)候讓游戲顯得不是很卡。運(yùn)動(dòng)模糊技術(shù)并不是在兩幀之間插入更多的位移信息，而是將當(dāng)前幀同前一幀混合在一起所獲得的一種效果。 ● 基于DX10技術(shù)的運(yùn)動(dòng)模糊更真實(shí) 之前已經(jīng)有很多DX9游戲采用了運(yùn)動(dòng)模糊技術(shù)，效果最顯著、最夸張的非《優(yōu)品飛車》系列莫屬，很多玩家表示不太適應(yīng)這種效果，原因就在于打開特效之后畫面模糊的太夸張了，時(shí)間一長容易頭暈——顯然，這不是我們想要的運(yùn)動(dòng)模糊！ 傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)模糊技術(shù)，游戲只是簡單虛化了環(huán)境，而對高速運(yùn)動(dòng)的物體則僅僅保留運(yùn)行軌跡而已，這樣的前景和背景融合在一起自然效果很差，完全就是拖影和殘影，影響視覺體驗(yàn)。 而在DX10模式下，有了全新的幾何著色技術(shù)，這樣就可以使用流處理器資源來計(jì)算運(yùn)動(dòng)物體的幾何坐標(biāo)變換，然后配合高精度的頂點(diǎn)紋理拾取技術(shù)，達(dá)到了完美監(jiān)控整個(gè)運(yùn)動(dòng)過程的目的。如此一來進(jìn)行模糊處理的話，就杜絕了不分青紅皂白的現(xiàn)象——該模糊的依然模糊，該清晰的照樣清晰！ ● 代表游戲：《失落星球》、《孤島危機(jī)》、《戰(zhàn)爭機(jī)器》、《生化危機(jī)5》
● 為什么要加入景深——模擬鏡頭和人眼的視覺效果 使用單反數(shù)碼相機(jī)拍照的朋友應(yīng)該知道，大光圈鏡頭所帶來的背景虛化效果非常好，能夠凸出人物和景物，主次分明。其實(shí)人眼在注意觀察物體時(shí)，也會將焦距拉近，主體清晰可見但遠(yuǎn)景一片模糊，這就是通常所說的景深效果。 3D游戲?yàn)榱四M真實(shí)，更接近鏡頭/人眼的成像原理，也將景深引入渲染過程之中。由于3D游戲只是將圖像投影在了平面的顯示器上，不會有深度，因此想要實(shí)現(xiàn)景深效果必須在圖像輸出之前就進(jìn)行預(yù)處理，把游戲主角以外的遠(yuǎn)景全部虛化。 ● DX10帶來更好的景深處理 DX9時(shí)代，是通過投機(jī)取巧的方式來實(shí)現(xiàn)景深效果的，它自動(dòng)判定距離，將遠(yuǎn)處景物的紋理、陰影、光照等特效全面縮水，然后再輔以模糊處理，而只對近景做正常渲染輸出，這樣就會讓玩家注意到主角而忽視遠(yuǎn)景。 而DX10則沒有任何的偷工減料，它通過幾何著色器，將深度帖圖中的紋理信息按照距離拆分到緩沖，然后分為幾個(gè)不同的視角進(jìn)行渲染，最后合成完整的圖像。因此最終實(shí)現(xiàn)的景深效果在特效方面不會有任何縮水，遠(yuǎn)景完全符合正常的虛化模式，如果仔細(xì)觀察的話，光影等細(xì)節(jié)依然得到保留。 ● DX11帶來更快的景深處理 DX10的景深處理能夠?qū)崿F(xiàn)近乎完美的景深效果，但通過不同視覺渲染的方法還是不夠靈活，而且會大大增加GPU后端處理（光柵單元）的負(fù)擔(dān)，產(chǎn)生負(fù)載不均的情況，導(dǎo)致性能損失較大。 而DX11則通過DirectCompute中新增的Gather4數(shù)據(jù)采集指令，使得計(jì)算著色器能夠以四倍的紋理采集速度，幫助減少GPU紋理單元和光柵單元的負(fù)擔(dān)，從而在進(jìn)行景深處理時(shí)消除了瓶頸，提升渲染效率。 ● 代表游戲：《古墓麗影》、《失落星球》、《孤島危機(jī)》、《潛行者》、《戰(zhàn)爭機(jī)器》 ● 光柵化渲染的極限——環(huán)境光遮蔽 在GPU和CPU有能力進(jìn)行實(shí)時(shí)光線追蹤（Ray Tracing，按照真實(shí)世界光線投射原理反向渲染的技術(shù)）之前，環(huán)境光遮蔽是當(dāng)今光柵化渲染模式中最好、最高效的替代方案。環(huán)境光遮蔽通過計(jì)算光線在物體上的折射、衍射、散射和吸收，在受影響位置上渲染出適當(dāng)?shù)年幱?，進(jìn)一步豐富標(biāo)準(zhǔn)光照渲染器的效果。 屏幕空間環(huán)境光遮蔽（Screen Space Ambient Occlusion，SSAO）是AO的一個(gè)變種，它通過對屏幕內(nèi)進(jìn)行簡單的空間劃分，然后進(jìn)行計(jì)算。SSAO的工作原理是：通過采樣象素周圍的信息，進(jìn)行簡單的深度值對比來計(jì)算物體身上環(huán)境光照無法到達(dá)的范圍，從而可以近似地表現(xiàn)出物體身上在環(huán)境光照下產(chǎn)生的輪廓陰影。雖然只是模擬實(shí)現(xiàn)，但確實(shí)能增強(qiáng)場景的層次感，讓畫面更細(xì)膩，讓場景細(xì)節(jié)更加明顯。 ● DX10.1大大提升SSAO效率 SSAO可以利用“逐象素場景深度計(jì)算”技術(shù)計(jì)算得出的深度值直接參與運(yùn)算，也可以利用DX10.1當(dāng)中的Gather4函數(shù)實(shí)現(xiàn)更快速紋理采樣及過濾。DX10模式下開啟SSAO性能損失非常大，因此SSAO技術(shù)多出現(xiàn)在DX10.1游戲中。通過實(shí)際測試來看，DX10.1顯卡在DX10.1模式下（如果該游戲支持的話）的性能相比DX10會提升20%-30%之多，從而使得SSAO成為真正實(shí)用的技術(shù)，而不再是花瓶。 ● DX11帶來更高清晰度的HDAO 在DX11中，SSAO被進(jìn)一步升級至HDAO（高清晰），因?yàn)镈X11中的Gather4函數(shù)更加強(qiáng)大，它可針對特定的顏色分別采樣，能自動(dòng)識別能做陰影映射的值，從而實(shí)現(xiàn)更快更好的陰影過濾。HDAO和SSAO都能向下兼容舊硬件，但運(yùn)行速度會打折扣。換句話說，DX11和DX10.1是在改進(jìn)算法、優(yōu)化性能的基礎(chǔ)上，使得顯卡有能力渲染出更復(fù)雜、更完美的特效，而DX10雖然在也能達(dá)到同樣的畫面效果，但速度會很慢，實(shí)用性不大。 ● 代表游戲：《孤島危機(jī)》、《潛行者》、《火爆狂飆》、《鷹擊長空》、《帝國：全面戰(zhàn)爭》、《塵埃2》 ● 媲美電影CG畫質(zhì)——鑲嵌式細(xì)分曲面技術(shù) 游戲和電影CG動(dòng)畫，其實(shí)都是由計(jì)算機(jī)渲染出來的，那為什么畫質(zhì)差別那么大呢？這是因?yàn)镃G動(dòng)畫的模型要比3D游戲復(fù)雜成千上萬倍，所以CG也要成千上萬倍與電腦的性能才能渲染出來，而且還無法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)渲染。 3D游戲考慮到家用電腦的機(jī)能，模型不可能設(shè)計(jì)得太復(fù)雜，否則就不具備可玩性。但為了讓游戲變得更加逼真、達(dá)到更高畫質(zhì)，太簡單的模型的確拿不出手，那么有什么方法既能大幅提升模型復(fù)雜度、又不至于給顯卡造成太大負(fù)擔(dān)呢？Tessellation技術(shù)就是為此而生的。 簡單來說，Tessellation是一種能夠在圖形芯片內(nèi)部自動(dòng)創(chuàng)造頂點(diǎn)，使模型細(xì)化，從而獲得更好畫面效果的技術(shù)。Tessellation能自動(dòng)創(chuàng)造出數(shù)百倍與原始模型的頂點(diǎn)，這些不是虛擬的頂點(diǎn)，而是實(shí)實(shí)在在的頂點(diǎn)，效果是等同于建模的時(shí)候直接設(shè)計(jì)出來的。 除了大幅提升模型細(xì)節(jié)和畫質(zhì)外，Tessellation最吸引程序員的地方就是：他們無需手動(dòng)設(shè)計(jì)上百萬個(gè)三角形的復(fù)雜模型，只需簡單勾繪一個(gè)輪廓，剩下的就可以交給Tessellation技術(shù)自動(dòng)鑲嵌，大大提高開發(fā)效率；而且簡單的模型在GPU處理時(shí)也能大幅節(jié)約顯存開銷，同時(shí)大幅提升渲染速度！ ● Tessellation的妙用 Tessellation技術(shù)的原理很簡單，就是把簡單的模型智能的鑲嵌成為復(fù)雜模型，使得游戲中的景物變得更加細(xì)膩真實(shí)。實(shí)際上除此之外Tessellation還能實(shí)現(xiàn)一些令人意想不到的功效： DX11代表作《DiRT2》就大量使用了Tessellation技術(shù)，它用Tessellation構(gòu)建了動(dòng)態(tài)水面、動(dòng)態(tài)布料旗幟和觀眾人物模型，其中加強(qiáng)人物模型不難理解，而動(dòng)態(tài)水面和布料效果足以媲美物理加速，讓人驚訝不已！ Tessellation(細(xì)分曲面)水面效果對比 Tessellation(細(xì)分曲面)布料效果對比 雖然XBOX360和ATI的全線DX10顯卡都支持Tessellation技術(shù)，但支持Tessellation游戲并不多，隨著DX11將Tessellation作為一項(xiàng)重要技術(shù)納入API規(guī)范之后，未來DX11游戲都將會支持這一技術(shù)，但由于DX11中的Tessellation和DX10/DX9版本有很大的區(qū)別，因此并不會向下兼容，Tessellation只能通過DX11顯卡在DX11游戲中才能實(shí)現(xiàn)。 ● 代表游戲：《潛行者：普里皮亞季的呼喚》、《科林麥克雷：塵埃2》、《異形大戰(zhàn)鐵血戰(zhàn)士》（即將發(fā)布）
● 動(dòng)態(tài)逼真——物理效果的實(shí)現(xiàn) 3D游戲中“物理”指的是什么呢？簡言之就是模擬真實(shí)世界中的物理定律，使得運(yùn)動(dòng)物體產(chǎn)生一些復(fù)雜的交互性干涉，從而改變形狀、軌跡或狀態(tài)的一種技術(shù)。比如：流體（水、煙、霧）、碰撞、變形、爆炸、毀壞、布料、碎片……物理技術(shù)雖然屬于圖形技術(shù)的一種，但所涉及到的運(yùn)算并非是圖形渲染，而是大量的并行計(jì)算，等結(jié)果算出來之后才會進(jìn)行后續(xù)的渲染操作。 這里為什么要強(qiáng)調(diào)GPU物理加速呢，因?yàn)镃PU物理加速其實(shí)早就進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，但由于CPU性能有限（或者說CPU并不擅長做物理運(yùn)算），大多數(shù)游戲僅采用了少許簡單的物理效果作為點(diǎn)綴，未能給玩家?guī)硪曈X上的震撼力，也就容易被大家所忽視。比如《半條命2》系列游戲都使用了物理技術(shù)，在擊穿木板或爆炸時(shí)會有一定的破壞效果，但如果不特別指出的話您可能注意不到。 ● 物理引擎并不是只有PhysX一種，但只有PhysX支持GPU加速 除了CPU外，還有專用的PPU（即物理加速卡）來進(jìn)行物理運(yùn)算，但隨著GPU進(jìn)入DX10時(shí)代，并行架構(gòu)的流處理器擁有比PPU和CPU更強(qiáng)大的浮點(diǎn)運(yùn)算能力，GPU物理加速技術(shù)被提上日程。終于，在NVIDIA收購Ageia公司之后，通過CUDA技術(shù)將PhysX物理引擎重新編譯了一遍，使得GeForce 8以上的N卡都能夠支持物理運(yùn)算，通過大量的測試來看，即便是低端N卡的物理加速能力也要比專用的物理加速卡強(qiáng)，CPU跟它根本不是一個(gè)級別。 就拿最近比較熱門的《蝙蝠俠：阿卡姆瘋?cè)嗽骸愤@款游戲來說，是否開啟PhysX有著天壤之別，PhysX能夠讓蝙蝠俠的披風(fēng)更拉風(fēng)、地洞中的霧氣在人經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生互動(dòng)、地面上的碎片和紙屑在打斗過程中飛舞、地板磚桌椅墻壁都有可能被打碎、布料和旗幟隨風(fēng)而動(dòng)…… 物理引擎也不是只有PhysX一種，已經(jīng)被Intel收購的Havok也提供了很不錯(cuò)的物理解決方案，但目前支持GPU加速的還只有PhysX這一種，由于GPU擁有很強(qiáng)的運(yùn)算能力，因此PhysX引擎所實(shí)現(xiàn)的物理效果最為出色，但對顯卡的要求也很高。 開啟PhysX之后是十分消耗資源的，GTS250以下級別的顯卡性能損失特別大，最好是能安裝一塊額外的顯卡做專門的物理加速運(yùn)算，而GTX260+以上級別的顯卡則可以同時(shí)處理圖形渲染和物理加速運(yùn)算，能夠保證不低于30幀的速度。至于A卡則不支持PhysX加速，強(qiáng)行開啟的話只能使用CPU進(jìn)行運(yùn)算，效率自然非常低下，不過使用A卡做渲染N卡做物理加速也是個(gè)臨時(shí)解決方案。 ● 代表游戲：《虛幻競技場3》、《鏡之邊緣》、《雪域危機(jī)》、《蝙蝠俠：阿卡姆瘋?cè)嗽骸? ● 大名鼎鼎的HDR技術(shù)再次縮水 HDR（High Dynamic Range，高動(dòng)態(tài)范圍光照）技術(shù)相信很多人并不陌生，想當(dāng)年DX9C SM3.0面世時(shí)，正是憑借HDR技術(shù)一舉成名，HDR所帶來的絢麗光影效果給玩家極強(qiáng)的視覺震撼，但卻產(chǎn)生了很多負(fù)面效果，這些歷史遺留問題時(shí)至今日都沒有得到完美解決。 幾乎所有的圖形技術(shù)都是隨著時(shí)間的推移來進(jìn)一步增強(qiáng)效果，只有HDR被一而再再而三的“縮水”，這是為什么呢？ ● DX9C時(shí)代HDR與AA水火不容 HDR技術(shù)通過采用浮點(diǎn)格式的顏色代碼來為紋理、光照等計(jì)算提供極大的精度和顏色范圍（以前的紋理一般都是采用整數(shù)型的顏色格式）。盡管最后顯示到屏幕上還是每個(gè)顏色通道8位的整數(shù)格式，但是以前的材質(zhì)、光照計(jì)算中紋理也是用每通道8位的格式來參與計(jì)算，所以在顯示到畫面之前，很多細(xì)節(jié)就在低精度的運(yùn)算中丟失了。 HDR效果雖然很美，但在DX9C模式下進(jìn)行16位浮點(diǎn)（FP16）運(yùn)算時(shí)，會占用到原本屬于多重采樣抗鋸齒（MSAA）的緩沖區(qū)域，使得游戲開啟HDR后無法進(jìn)行FSAA處理。當(dāng)年的一大批DX9C游戲都是如此，比如《孤島驚魂》、《細(xì)胞分裂》、《虛幻3》引擎的全系列游戲。 ● ATI X1000和XBOX360是個(gè)例外 ATI的DX9C顯卡發(fā)布較晚，因此在設(shè)計(jì)之初就考慮到了HDR+AA的需要，整合了額外的緩存，只要通過游戲或者驅(qū)動(dòng)重新指定另外的緩沖區(qū)，就能完美支持HDR+AA效果，所以X1000系列和XBOX360主機(jī)都能支持HDR+AA。 不過ATI的HDR+AA方案并不是業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)，還是有不少游戲無法同時(shí)開啟HDR和AA，通過驅(qū)動(dòng)強(qiáng)行更改緩沖區(qū)的方式和一些游戲有兼容性問題，ATI官方都不認(rèn)可這種做法。 ● DX10時(shí)代，新增兩種HDR顏色格式 為了解決困擾業(yè)界已久的HDR+AA問題，微軟在DX10當(dāng)中加入了兩種新的HDR格式，對每個(gè)顏色通道16位浮點(diǎn)數(shù)的格式進(jìn)行刪減，第一種是R11G11B10（紅色綠色各11位，藍(lán)色10位，總計(jì)32位），另一種是紅綠藍(lán)各9位共享5位指數(shù)（計(jì)算機(jī)中浮點(diǎn)數(shù)是尾數(shù)附加指數(shù)的形式來表示）。 新增的兩種HDR格式都只有32位，而并非DX9C時(shí)代的48位（FP16x3），所以動(dòng)態(tài)范圍精度有些下降，但好處就是新的HDR不會與MSAA搶占緩沖區(qū)，所消耗的顯存也大大減少，效率和兼容性提高，至于光影效果的縮水其實(shí)很難看出來。 ● DX11時(shí)代，新增HDR紋理壓縮技術(shù) HDR除了不支持抗鋸齒外，還不支持紋理壓縮技術(shù)，因?yàn)镠DR在設(shè)計(jì)之初的要求就是光照和紋理都必須保持高精度。隨著時(shí)代的發(fā)展，游戲的分辨率越來越高，紋理貼圖越來越精細(xì)，而紋理貼圖如果不經(jīng)壓縮就放在顯存里面的話，容量是相當(dāng)恐怖的，因此新一代的游戲顯存消耗成倍增加，這其中罪魁禍?zhǔn)灼鋵?shí)還是HDR技術(shù)。 為了解決這個(gè)顯存消耗大戶，在DX11當(dāng)中又新增了一種專為HDR設(shè)計(jì)的紋理壓縮格式：BC6H，壓縮比高達(dá)6：1。 上圖展示的是圖像通過BC6H壓縮模式進(jìn)行壓縮的前后效果對比圖。其中左邊的圖像為原始圖像，中間的是在壓縮過程中損失的一些細(xì)節(jié)，而右邊的就是壓縮后的圖像?？梢钥闯?，從畫質(zhì)上來看幾乎沒有損失（肉眼看不出），但是卻可以大幅度降低顯存的占用。 經(jīng)過了DX9C、DX10和DX11三代API，HDR技術(shù)在神不知鬼不覺的情況下被兩次“縮水”之后，才真正走向成熟，由此可見好的圖形技術(shù)不光是要效果出色，更重要的是擁有高效率和實(shí)用性，才能被更多的游戲所接受，被更多的顯卡所支持。 ● 代表游戲：幾乎所有主流游戲都有使用HDR效果，時(shí)至今日依然有一些采用虛幻3引擎的游戲無法同時(shí)開啟HDR和AA，需要通過修改的方式實(shí)現(xiàn) ● 傳統(tǒng)紋理貼圖的弊端 紋理貼圖大家都明白，就是往建好的3D模型上“貼”一些二維的畫面，讓人物顯得更真實(shí)一些，比如常見的磚墻、凹凸不平的地面等，這些如果全部用三角形來實(shí)現(xiàn)的話，那么模型就會非常復(fù)雜，GPU將會不堪重負(fù)，但如果用“一張已經(jīng)畫好磚紋的紙”貼上去的話，那么渲染起來就會輕松好多。 但是這么做也有很大的缺點(diǎn)，貼圖畢竟是2D的，如果在游戲中換個(gè)角度看的話，很容易就會發(fā)現(xiàn)墻面沒有任何立體感，磚紋看上去非常假！為了讓2D貼圖看上去也有3D立體效果，就誕生了多種貼圖技術(shù)，比如凹凸貼圖、法線貼圖、位移貼圖、視察映射貼圖等。 ● 凹凸貼圖 凹凸貼圖技術(shù)簡單說起來是一種在3D場景中模擬粗糙表面的技術(shù)，將帶有深度變化的凹凸材質(zhì)貼圖賦予3D物體，經(jīng)過光線渲染處理后，這個(gè)物體的表面就會呈現(xiàn)出凹凸不平的感覺，而無需改變物體的幾何結(jié)構(gòu)或增加額外的點(diǎn)面。例如，把一張碎石的貼圖賦予一個(gè)平面，經(jīng)過處理后這個(gè)平面就會變成一片鋪滿碎石、高低不平的荒原。當(dāng)然，使用凹凸貼圖產(chǎn)生的凹凸效果其光影的方向角度是不會改變的，而且不可能產(chǎn)生物理上的起伏效果。 凹凸貼圖在今天看來已經(jīng)是老的不能再老的一種技術(shù)了，雖然能夠獲得凹凸的效果，但是凹凸的程度非常受限制，基本上只能做出一些簡單的浮雕效果來。這種技術(shù)通常用在一些觀察視角變化很小的情況上，例如地面，墻壁，遠(yuǎn)處的一些模型等等，如果角度稍微一大，你就會發(fā)現(xiàn)那些凹坑其實(shí)是根本不存在的。 ● 法線貼圖 法線貼圖就是把一個(gè)表面的凹凸情況用每個(gè)點(diǎn)的法線向量記錄下來，在貼圖的時(shí)候根據(jù)法線貼圖做光影的變換，從而實(shí)現(xiàn)凹凸效果。 法線貼圖比起凹凸貼圖而言，能夠?qū)崿F(xiàn)的效果更好了，相對的就是運(yùn)算量更大了，需要大量的紋理材質(zhì)，每個(gè)象素的光照情況都需要計(jì)算這個(gè)點(diǎn)的法線向量和光照情況的夾角計(jì)算該點(diǎn)的亮度和顏色。為了節(jié)約GPU資源，ATI曾開發(fā)了3DC+紋理壓縮技術(shù)，這對于法線貼圖有莫大的幫助。 當(dāng)然，法線貼圖技術(shù)同樣不是完美的，它也有著自己的不足，凹凸貼圖沒有能夠解決的切向效果問題肯定是仍然不能夠得到解決。此外，就是法線貼圖技術(shù)不能夠解決解決更大的凹凸情況的效果。大家如果去觀察的話，法線貼圖效果能實(shí)現(xiàn)的通常是一些內(nèi)凹或者外凸不是很嚴(yán)重的表面效果。 ● 視差映射貼圖 為了解決法線貼圖在處理較深內(nèi)凹之時(shí)不能夠達(dá)到的弊端，誕生了新的視差映射貼圖技術(shù)。該技術(shù)其實(shí)稱之為視差遮蔽貼圖似乎更容易理解一些，因?yàn)樗鼤y理的坐標(biāo)做變換，一些凸出的紋理會遮蔽到其他的紋理，這樣就會看起來具備更好的凹凸的感覺了。 正如我們在上圖看到的情況一樣，地面上的石塊的凹凸感覺非常好，前面的石塊已經(jīng)對后面的石塊進(jìn)行了局部的遮蔽。雖然這個(gè)Demo中的磚塊依然很假，但磚塊之間凹凸的效果已經(jīng)得到了完美體現(xiàn)，非常遺憾的是，沒有任何一款DX9游戲使用過這種視差貼圖技術(shù)。 ● 直到DX10時(shí)代才大量使用視差映射貼圖技術(shù) 視差貼圖技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理，其實(shí)和法線貼圖是一樣的，都是根據(jù)法線貼圖進(jìn)行的處理，所以我們可以把它當(dāng)作是法線貼圖的一種衍生技術(shù)。視差貼圖技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是和硬件沒有必然聯(lián)系的，這個(gè)技術(shù)概念的誕生其實(shí)也非常早，只是未能得到大量使用，這是因?yàn)橐暡钯N圖技術(shù)的運(yùn)算量要比法線貼圖大了不少，原來的顯示芯片因?yàn)樾阅苡邢藁径歼\(yùn)行不了。 最早使用視差映射貼圖技術(shù)的游戲叫做《狂野西部》，首批DX10游戲之一，DX9版本不支持。由于DX10顯卡都采用了統(tǒng)一渲染架構(gòu)，可以方便的集中利用Shader資源，來渲染出復(fù)雜的特效。再加上有全新的幾何著色器輔助，因此特效的運(yùn)用方面可以更加靈活，游戲開發(fā)商可以很容易的自定義一些特效渲染方式，所以將先進(jìn)的技術(shù)都安置在DX10模式之中也是無可厚非。 ● 代表游戲：《狂野西部》、《孤島危機(jī)》、《潛行者》 游戲中所使用的圖形技術(shù)動(dòng)輒數(shù)以百計(jì)，即便是像3DMark這樣簡短的測試程序中，也包含了數(shù)十項(xiàng)先進(jìn)的、甚至是獨(dú)創(chuàng)的渲染技術(shù)，有些技術(shù)甚至連一個(gè)像樣的名字都沒有，而真正能得到廣泛使用、被3D游戲愛好這所熟知的技術(shù)，確實(shí)是屈指可數(shù)。 所以，本文只是有選擇性的介紹了一些知名的、肉眼看得出差別、能明顯提升游戲畫質(zhì)的圖形技術(shù)，其實(shí)在這些風(fēng)光無限技術(shù)的背后，還有很多默默無聞的、用以提升渲染效率的輔助技術(shù)。 而且，這些圖形技術(shù)也不是一朝一夕就能得到程序員的青睞、并獲得游戲玩家的認(rèn)可，比如HDR技術(shù)時(shí)至今日依然存在兼容性問題、動(dòng)態(tài)模糊和景深經(jīng)過三代API的改良效果才令人滿意、Tessellation技術(shù)更是經(jīng)過六代七年的發(fā)展才修成正果！ 每一代圖形API的革新，一方面是加入新的特效、讓畫面變得更完美，另一方面是通過新的指令提升運(yùn)算效率。顯卡進(jìn)入DX10時(shí)代后，畫面已經(jīng)達(dá)到了巔峰，很難再有較大的突破，因此后續(xù)的DX10.1和DX11都主要是為了優(yōu)化算法，使得游戲運(yùn)行更加流暢，也有利于游戲開發(fā)者使用更多、更強(qiáng)的圖形技術(shù)，營造出更逼真的3D畫面！■<
很多游戲中都有運(yùn)動(dòng)模糊的選項(xiàng)
大多數(shù)游戲都有景深選項(xiàng)
一些游戲支持多種環(huán)境光遮蔽模式
實(shí)現(xiàn)相同的模型細(xì)節(jié)，Tessellation顯然比直接建模更快更高效
DX11模式
DX9模式
DX11
DX9
3D游戲中一些典型的物理應(yīng)用
Crysis爆炸時(shí)的物理效果不錯(cuò)（CPU加速），但在場景毀壞與交互方面略有不足
凹凸貼圖的墻壁效果，注意看邊緣其實(shí)沒有任何凹槽
ATI X1000 Demo中就包含了視察映射技術(shù)
狂野西部DX10版本首次使用了視差映射貼圖
《孤島危機(jī)》中的石塊和地面都使用了視察映射貼圖
Crysis的畫面之所以如此完美，是因?yàn)閹缀跛械母呒増D形技術(shù)它都有所使用
Tessellation技術(shù)的坎坷發(fā)展歷程
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