教科書式演示！首款DX11測試程序解析
泡泡網(wǎng)顯卡頻道10月25日 作為基準的3D圖形性能測試軟件，F(xiàn)uturemark 3DMark系列的權威地位一直都牢不可破，它不但能夠第一時間對新的API提供支持，而且在畫面、美工、和系統(tǒng)需求方面都會超越同時代的任何一款游戲。
不過DX10版本的3DMark Vantage讓人有些失望，很多游戲玩家認為3DMark Vantage雖然支持DX10、也極度消耗資源，但畫面方面似乎還不如DX9C版本的3DMark06，根本無法同《Crysis》相提并論。而且3DMark Vantage未能與時俱進對DX10.1提供支持，卻能支持PhysX物理加速卡，測試項目不夠全面，令人遺憾。
當然3D圖形測試軟件不止3DMark這一款，也許很多人都沒聽說過Unigine Engine（虛擬現(xiàn)實引擎），但這家小公司一直在不斷的努力并進步著，此前已經發(fā)布了諸多版本的Demo或者測試程序，第一時間對DX10、DX10.1提供支持并支持Benchmark模式，而且能夠向下兼容DX9及OpenGL，為測試者提供多種畫面對比和性能對比模式。
Sanctuary(庇護所DX10)和Tropics(熱帶小島DX10.1)
現(xiàn)在Unigine Engine率先發(fā)布了首款DX11測試/演示程序——Heaven Benchmark，其中大量運用了DX11新增的技術和指令，看來在新版3DMark面世之前，Heaven將會是DX11性能測試的唯一選擇。
Unigine Engine最新的DX11測試程序Heaven(天堂)官方畫面
筆者第一時間下載了Heaven Benchmark，并對其進行了簡單測試，發(fā)現(xiàn)它不僅僅是一款測試程序而已，更像是一本教科書式的DX11新技術實時演示，通過觀察其震憾的畫面，您會對DX11有一個全新的認識！
首先來看看首款DX11測試/演示程序Unigine Engine Heaven Benchmark官方公布的主要特性和技術：
- 支持DirectX 9/10/11、OpenGL
- 大量使用Hardware Tessellation(硬件鑲嵌細分曲面)技術
- 高級SSAO(屏幕空間環(huán)境光遮蔽)
- 物理學精準算法生成的容積云
- 動態(tài)天空和光線散射
- 支持ATI Eyefinity多屏顯示技術
- 行走、飛行交互式體驗模式
- 基準測試模式
● 官方網(wǎng)站：http://unigine.com/download/
● 硬件需求：
- Tessellation技術需要DX11顯卡(DX10/10.1都不支持)
- Radeon HD 2000、GeForce 7000系列或更好，推薦Radeon HD 4800、GeForce 8系列或更好
- 至少256MB顯存
● 軟件要求：
- .NET Framework 2.0 (Windows版本)
- OpanAL (Windows版本安裝程序中自帶)
- 最新穩(wěn)定版顯卡驅動程序
● 已知問題：
- [AMD] OpenGL模式下的Alpha測試有錯誤
- [AMD] OpenGL模式下景深效果不正確
- [NVIDIA] GeForce 7000系列顯卡上色彩精度較低
● Unigine Heaven Demo/Benchmark下載：
目前僅有Windows版本，大小127MB
安裝運行都非常簡單，一路回車即可，注意一定要安裝隨程序自帶的OpenAL驅動，并將DirectX和顯卡驅動升級至最新版。
Unigine Engine Heaven Benchmark軟件界面十分簡單，但功能卻比3DMark更為豐富，提供多種靈活的操作模式方便測試者使用，以下為程序運行界面：
- API：DX9、DX10、DX11、OpenGL四種模式
- Shaders：High、Medium、Low三檔
- Tessellation：enabled、disabled，只有DX11顯卡才能開啟，進入游戲后可使用快捷鍵“F3”實時開啟或關閉，方便對比畫面差異
- Anisotropy：1/2/4/8/16五檔，各向異性過濾
- Anti-aliasing：off/2x/4x/8x，支持三種標準的MSAA抗鋸齒模式
- Full screen：選擇以全屏或窗口模式運行
- Resolution：支持常見的4:3、16:9或16:10所有標準分辨率，還能手動隨意設定分辨率值，支持多屏或超寬超大分辨率
設定好所有的模式后，點擊RUN即可進入Loading界面：
程序在加載過程中，CPU只有一顆核心以100%負載運行（和3DMark加載時完全相同），因此Loading時間會比較長，如今您對CPU進行超頻的話速度將會快很多，比如i7超至4GHz只需3-4秒鐘就能進去。
在Loading界面上，該程序的常用快捷鍵功能都寫的一清二楚：
- F2：開啟關閉線框模式，與F3配合使用可查看模型復雜度
- F3：開啟關閉Tessellation
- F4：改變鏡頭模式（默認、自由飛行、普通移動）
- F9：運行Benchmark測試程序
- F12：截圖（目前第三方軟件都無法截獲DX11畫面，因此內置的截圖功能非常實用）
- 回車：切換至下一種鏡頭移動軌跡
- 空格：鏡頭移動暫停
- Esc：顯示控制菜單
Loading結束后，進入3D運行界面，屏幕左上角有一些菜單：
- Settings：點它和按Esc都會調出控制面板
- Environgment：點它下方會出現(xiàn)24小時的時間軸，用以控制日出、燈光、陰影等天氣實時變化情況
- Camera：三種鏡頭模式切換
- Sound：開啟或關閉音效
- Benchmark：點它和F9都會開始自動測試程序
- Quit：退出程序
上圖就是通過Esc或Settings調出的控制面板，大多都可以通過快捷鍵或菜單來實現(xiàn)，下面就正式進入測試環(huán)節(jié)，看看這個“天堂”到底有多美麗。
由于DX11模式下無法錄像，所以筆者只好退而求其次，使用DX10模式將Heaven Benchmark的全程記錄了下來，大家先看看風景和光影效果，關于DX11所帶來的新特效，后文我們再做詳細的對比分析。
在看完Heaven之后，我們可以回顧一下它的前作Tropics，將DX11和DX10.1兩款Demo做個簡單對比，雖然場景變化很大，但很多特效和技術都是繼承發(fā)展而來的。
Tropics展示的是幾個小島，主要突出全局光照和水面透反射效果，而Heaven則升級成為漂浮在空中的小城，全局光照和體積云霧得到了完整保留，此外使用最多的技術就是DX11當中的Tessellation（鑲嵌式細分曲面技術）：
由于之前的視頻使用DX10模式錄制，Tessellation技術沒能體現(xiàn)出來，所以只能通過官方提供的這段演示動畫來展示給大家看，接下來就通過大量高清截圖來詳細解讀Tessellation的魅力，雖然是靜態(tài)圖片，但要比視頻更清晰直觀！
● Tessellation效果對比一：怪獸造型更威猛
開啟Tessellation后，翼龍身體上的“斑點”變成了“尖刺”，雖然只是一座雕像而已，但怪物明顯變威猛了許多。身體各部位包括尖刺的平滑過渡都十分自然，讓人找不出任何模型設計的缺點，看來Tessellation自動插入頂點并細分曲面在實際應用中相當智能。
上面的GIF動畫只是截圖的一小部分，1920x1080全尺寸畫面如下所示，建議大家點擊放大仔細對比開啟Tessellation前后的差別：
Tessellation Off
Tessellation On
Tessellation Off，線框模式
Tessellation On，線框模式
通過線框模式可以直觀的看出，Tessellation的確讓物體模型復雜了數(shù)十倍甚至上百倍，由此才得以獲得如此精密的細節(jié)。而且Tessellation不僅僅是對巨龍的身體有效，周圍環(huán)境中的很多景物都不同程度的得到了提升，下面我們接著看其它方面的效果如何。
● Tessellation效果對比二：凹凸立體感更強
在這幅圖中，大家注意觀察左側的墻壁（以及凸出石塊的陰影）、右側的臺階和下方的鵝卵石路，關閉Tessellation時，石塊間的縫隙使用傳統(tǒng)的視差映射貼圖技術渲染而成，也有一定的立體效果，但不夠明顯，而且縫隙間不存在真正的陰影。視角拉的很近的話，立體效果就會消失，因為那只是欺騙人眼的貼圖而已。
而Tessellation技術生成的是實實在在的頂點和曲面，所有的巖石、臺階和石塊都是獨立存在，而不再是平面上的虛擬貼圖而已。一經對比，視覺反差十分強烈！
Tessellation Off
Tessellation On
Tessellation Off，線框模式
Tessellation On，線框模式
由于畫面內石塊數(shù)量太多，Tessellation生成的所有物體都需要被重新渲染和投影，因此性能損失還是很大的。大家可以點擊放大1080p截圖觀察右上角的實時幀數(shù)，HD5870關閉Tessellation時是35幀，開啟后只有23幀了。
● Tessellation效果對比三：虛假貼圖終結者
傳統(tǒng)的屋頂瓦片就是“紙糊”的，類似與生活中用于糊墻的“磚紋、木紋”墻紙，遠看還行近看一點立體感都沒有，連小孩子都騙不了。經過Tessellation技術處理后，凹凸不平、錯落有致的瓦片震撼登場！
Tessellation Off
Tessellation On
Tessellation Off，線框模式
Tessellation On，線框模式
顯然，這個屋頂瓦片效果要比前兩個場景更加夸張，給人極強的視覺沖擊！看來Tessellation技術雖然不是功能較多的，但其用途也是非常廣泛，至少可以完全取代各種各樣“騙人”的貼圖技術了！
● Global Illumination，全局光照效果
在Heaven之前，DX10.1版的Tropics就已經使用了全局光照技術，這項技術不是DX11和DX10.1的專利，Crysis也大量使用。但具體實現(xiàn)的效果如何，還得靠游戲引擎和代碼的優(yōu)化，但不可否認的是，DX10.1和DX11效率會更高、而且實現(xiàn)起來更容易。
下面就來看看Heaven Benchmark的晝夜光照效果，是否接近現(xiàn)實世界？拖動Environgment菜單下方的24小時時間軸，就能看到實時平滑過渡的光照效果，當然在Benchmark演示中也是完全穿插進行的。
在CPU或GPU有能力進行實時光線追蹤運算之前，Global Illumination全局光照技術依然是非常好的的解決方案。從DX10到DX10.1再到DX11，很多Shader指令都是針對屏幕空間差值操作進行優(yōu)化，從而進一步改進效果，并提高運算效率，平衡Shader和光柵化的負載，消除瓶頸。
如今流行的SSAO、HBAO和HDAO都是基于全局光照技術的分支或者變種，也是DX10.1和DX11效率改進最核心的技術。
● Depth of Field，景深效果展示
在HD5800發(fā)布時，AMD就展示了DX11 DirectCompute的一項應用——渲染后處理器之景深，通過官方介紹來看，使用DX11之后的景深特效消耗資源更少，而且清晰與模糊處理的過渡會更加和諧自然，還能消除前代出現(xiàn)的鋸齒或者反差太明顯的不合常理的現(xiàn)象。
Heaven Benchmark中，在鏡頭切換時大量使用了景深效果，DX9、10、11模式下都支持，如果仔細看的話畫面有所不同，DX11明顯更接近于攝像機對焦的效果：
焦點對準翼龍，背景被虛化，注意看遠近不同的話，虛化的程度差別很大，完全符合人眼和鏡頭的透鏡成像原理。
這幾張截圖的景深效果非常顯著，完全就像是大光圈鏡頭拍出來的照片。
● 物理學煙霧：
流體煙霧也是物理效果的一種，比如《蝙蝠俠：阿卡姆瘋人院》中PhysX只開中等的話，主要的物理效果就是霧氣。Heaven只是一款演示程序，無法進行互動，因此我們未能體驗它的煙霧與氣流或者人物的交互效果到底如何，不過靜態(tài)的自由煙霧渲染效果還是很不錯的。
● 完全交互式的陰影投射：
樹木投射在平地上的陰影，注意看居然還有小孔成像的效果
樹木投射在草叢中的陰影，和直立的草叢互相干涉，再現(xiàn)了真實世界的投影
● 精細的紋理貼圖
進入DX10時代之后，游戲中的紋理貼圖分辨率越來越大，細節(jié)趨于完美，Crysis、COJ、Stalker等游戲的紋理已經不輸給上圖中的截圖了。
Heaven中的紋理貼圖雖然相當精細，但也有缺點，當遇到夸張的Tessellation凸出或者凹陷物時，該位置的紋理貼圖會產生劇烈拉伸，類似于斷層效果，有些畫面可以蒙混過關有些看上去不太協(xié)調，看來Tessellation插入頂點的高度或深度不宜太大。
● Heaven Benchmark測試成績對比：
由于時間有限，筆者只用HD5870進行了測試并截取大量高清截圖，未能進行主流顯卡之間的性能對比測試。所以最后引用國外網(wǎng)站的測試成績來看看主流中高端顯卡的性能表現(xiàn)：
可以看出，打開Tessellation的性能損失還是很大的，HD5870下降了38%，HD5770下降了30%。如果拋開Tessellation技術不談的話，DX11和DX10模式下的性能幾乎沒什么差別，在加強光影效果的同時反而有微弱的性能提升。兩款N卡的DX10性能還是相當不錯的，但它們都體驗不到DX11效果。
● 總結：Tessellation大放異彩
在首款DX11游戲《BattleForge》中沒有體現(xiàn)的Tessellation技術，在Heaven Benchmark中完全就是教科書式的演示，ATI苦心研究多年的Tessellation技術終于開花結果，這正應驗了那句老話——是金子總會發(fā)光的！
即將發(fā)布的幾款DX11游戲，將會完全基于Tessellation技術構建——《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》這三款大作已經放出了不少截圖和視頻，用以展現(xiàn)Tessellation所帶來的逼真效果。
在DIRT2中，Tessellation技術的應用甚至比Heaven Benchmark還要徹底，隨風飄揚的旗幟、互動的水面（兩項技術幾乎都可以取代物理引擎了）、還有吶喊的觀眾……全面使用Tessellation技術構建，動態(tài)逼真的畫面超越了以往任何一款賽車游戲！
DX11和Tessellation距離大規(guī)模實際應用已經非常近了，很快HD5000系列將會大展拳腳，釋放出新一代DX11顯卡的威力！■<
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