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光线追踪效果深度解密:RTX2060深度评测

来源:网络 时间:2022-08-15 04:07:19
导读去年 8 月的德国科隆国际游戏展(Gamescom)上,英伟达发布了 3 款 RTX 20 系列显卡,标志着 PC 硬件和 PC 游戏进入全新的“光追”时代;而在刚过去不久的 CES 2019 上 RTX 2060 的亮相又将“光追”门槛进一步降低…

去年 8 月的德国科隆国际游戏展(Gamescom)上,英伟达发布了 3 款 RTX 20 系列显卡,标志着 PC 硬件和 PC 游戏进入全新的光追时代;而在刚过去不久的 CES 2019 上 RTX 2060 的亮相又将光追门槛进一步降低,这也是目前最便宜的能体验到光线追踪游戏的显卡。

RTX ON 这个口号听是听了很久了,到底有没有用是众说纷纭。官方演示是十分夸张,但不少游戏评测里面基本就是大家一起来找茬的状况。这次,阿汤哥我搞到了一张公版 RTX 2060,用事实说话,看看光线追踪到底好不好使。

什么是光线追踪?

为了能在计算机上显示更加真实的图像,无数学者从上个世纪以来就在前赴后继地钻研新的图形技术和算法。光影关系作为使物体变得「立体」的关键因素之一,自然是研究的热点。用于构建真实的光影关系,目前最为广泛的算法便是图形光栅化和光线追踪(Ray tracing)。

在显示器上的不过是二维图像,但加上光影效果看起来就有了真实的立体感。

图形光栅化把三维物体转化为携带颜色、深度的二维像素,好比我们画画的时候把三维的物体画在二维的纸上,并赋予其颜色和阴影从而模拟光影效果。

将三维模型投影成二维平面,同时记录颜色和深度信息,就可以获得有立体感的图像。

光栅化制作的光影效果真实程度有限,其中一个原因是物体的光影效果与制作者有比较大的关系。[1]对物体的光影关系判断稍有不慎,看起来就不真实。而且当物体反射光的光源极多时,逐个判断光源对物体光影的影响,基本无法由人类完成。

通过曲面细分实现图像的精细化和更好的立体效果

另一方面,光栅化图形的效果也与图形分辨率有较大的关系,只有像素点足够密集,光栅图形的精细度才能越高。用户端也要相应地提高分辨率来重现细分效果,这就是为什么高分辨率的游戏画面往往有更真实的观感。但即便是更精细的贴图也是人工模拟的光影效果,而不是真正的光线。

回忆一下被几何光学支配的恐惧

因此,光线追踪技术成为了大家所最期待的。初中物理学习的几何光学告诉我们,光在接触面会发生反射、折射和吸收,而反射光线和折射光线的角度和强度,都可以利用物理定律和数学计算出来,从而得到精确的光路。这些简单的光学性质就是光线追踪的基础。

逆推像素点光源的情况,可以得到更真实地光信息。

光线追踪就是以「摄像机」为起点,通过光学性质逆推物体光源的路径,同时考虑光线的反射、折射、吸收效果,以及路径上多条光线的叠加效果,最后呈现出从理论上、数学上绝对服从真实的光影关系。

只要算力足够强,光线在两个物体间的多次反射也能被追踪

光线追踪其实不是什么新鲜玩意儿了。早在1968 年,光线追踪技术就被提出;1980 年,光线追踪算法已经实现,也一直是计算机图形学的核心算法之一。[2]现在,我们熟知的 May、3DSMax 等设计软件、我们所看的电影特效,采用的也是光线追踪算法。[3]

但这么一个听起来原理很简单、效果很牛逼、应用也成熟的方案,受限于算力,在游戏应用上却一点都不顺利。游戏中实时渲染要随着「摄像机」的角度变化而变化,还要对每一条光线进行实时追踪,计算量比光栅化大很多。所以我们接触到的几乎所有游戏都还是通过光栅化进行制作,直到英伟达 RTX 系列显卡的诞生。

得益于图灵(Turing)架构的性能提升,光线追踪实时渲染在游戏上终于得以实现,可以说是一个从无到有的革新了。

如果你成功跳过了上面的科普(吹牛逼),没关系,直接进入测试吧。

外观

英伟达为 RTX 系列显卡打造了全新的燃气灶外形,一改原本 GTX 显卡看起来散热不太好的印象。双风扇的设计在公版卡里面应该是独树一帜了,散热效果值得期待。

外壳银色部分采用金属材料,风扇扇叶和中间黑色部分是细腻的磨砂塑料,RTX 2060 也做了高光处理。整个设计说不上是多有美感,个人觉得 10 系看起来更加精致一点。不过 RTX 作为高端产品,品质感还是有保证的。

背面也不再是赤裸裸的 PCB,而是加上了闪亮的全金属的背板,整个设计不说还真以为是一张蓝宝石的非公版卡。由于背板螺丝太多而阿汤哥我又很懒,所以拆解部分嘛,跳过跳过。

侧面依然保留了 GEFORCE 标志,而且是亮面金属材质,比老一代的绿色塑料高档不少。

虽然看起来像不会发光,但通电后还是冒绿光了,信仰充值成功。

8pin 独立供电的位置换到了侧面,在整理走线的时候会有不一样的效果。

对于常规安装来说,供电接口换到这个位置应该比较容易收拾干净。当然,阿汤哥我很懒,并没有这样做。

接口方面公版的 RTX 2060 配备了 2 个 DP 1.4,1 个 HDMI 2.0,1 个 DVI-D 接口和 1 个比较新颖的 Type-C 接口。由于测试用的显示器并不支持 Type-C 视频输入,跳过跳过。

性能测试

作为对比,阿汤哥我借到了一张公版的 GTX 1060 6G,可以很好地反映隔代性能提升。先回顾一下 RTX 2060 和 GTX 1060 6G 的基本参数。

不难发现RTX 2060 除了核心频率稍低,整颗处理器的水准都远超 GTX 1060,而更加接近 GTX 1070 Ti。

阿汤哥我也是拿出了高考完配的老古董来测试,没想到除了机械硬盘慢了点,完全可以在 4K分辨率下完成测试,看来还能再战几年。

首先用 3DMark 进行了理论性能测试。在测试 4K DirectX 11 性能的 Fire Strike Ultra 中 RTX 2060 对比 GTX 1066 有接近 45% 的性能增幅;而测试 DirectX 12 性能的两个 Time Spy 测试中差距更是超过了 80%!这个分数持平甚至略微超过 GTX 1070 Ti [4]。接近翻倍的性能提升让人很难联想到 RTX 2060 是 GTX 1060 的升级型号,刚发布没多久的 GTX 1660 Ti 也证明 RTX 2060 是另一个 Level 的产品。

光线追踪性能测试 Port Royal 也顺利通过,得到 3749 分。随手找了一下 RTX 2070 和 2080 的 Port Royal 跑分,没找到,跳过跳过。

前面提到了双风扇的散热效果,这里也用 Furmark 在打开机箱侧板的条件下进行压力测试。RTX 2060 的满载温度比 GTX 1066 低 10 ℃ 左右。不过这里要说明的是阿汤哥我手上的 GTX 1066 并不是全新,在散热方面可能会有一定影响。正常游戏情况下,RTX 2060 的温度还算不错,双风扇噪音也并不明显。

游戏实测

实测部分选择了《PUBG》和《战地 5》这两款游戏进行测试,画质和抗锯齿均开到最高,用 Fraps 分别测试了 2K 和 4K 分辨率下的平均帧率。

当然,RTX 2060 以比较大的优势压倒 GTX 1066,尤其是 4K 分辨率下均实现了翻倍的优势,这个实测结果也很好地对应了理论测试结果。可惜手上没有 GTX 1070 Ti,否则应该更加能比较出 RTX 2060 的水准。

RTX, is it ON?

别废话了,直接告诉我光线追踪有没有效果吧。

测试光线追踪的效果也是通过《战地 5》。为了保证游戏流畅运行,选择了 2K 分辨率,画质最高,并且关闭 HDR 和 DLSS(其实是试了很久都没能打开 DLSS)。

打开 DXR 后最直观的一点是游戏明显变卡了很多,平均帧数掉到了 21 fps,下降超过一半。尤其是在开镜瞄准的瞬间掉帧严重,遇到敌人基本上就是挨揍。毕竟是入门级光追显卡,用 RTX 2060 玩光追游戏还要考虑清楚了,很可能 1080P 才能流畅运行。

在这种卡顿下,阿汤哥我还在最高难度模式里面打通了关卡,为大家带来了宝贵的截图。下面请各位怒目圆睁开双卡姿兰大眼睛,一起来找茬!

记得,上面均为未开启 DXR(光线追踪)的截图:

如果非要说有什么不同的话,开启 DXR 的下图,地板上确实多了一个亮斑。说明光线追踪对环境光细节的表现确实有那么一点点作用……

如果非要说有什么不同的话,开启 DXR 的下图,右侧的玻璃确实变暗了一点,真是令人一头雾水?

如果非要说有什么不同的话,开启 DXR 的下图,木凳和台灯的曝光也都稍微暗一点。

看到这里你可能会惊呼:这他喵叫哪门子区别啊!

别急。经过仔细观察,DXR 开启之后,曝光确实更加准确。表现在于很多过曝的物体都会恢复到正常曝光,所以不少物体都变暗了,但几乎不影响观感(因为不仔细看真的看不见)。再来几张图做例子,你们看看是不是这么一回事:

这两张对比可以看出右下角的水面曝光有明显的降低。

火焰的亮度也明显下降了。

看到这里你肯定会说:老汤你是真能舔。

别慌。鉴于 DXR 的效果与官方宣传差别这么大,我不禁开始反思是不是我找的场景有问题。我上面的截图不少都是静态贴图,开发者都做得熟能生巧了,会不会是因此才没什么效果呢?既然是即时光追渲染,是不是触发一些非静态的东西才会有效果呢!

这时候我回想起官方有这么一张图:

于是乎我还真就给他找到了这么一个地方:

RTX, it’s ON! Mxther Fxxker!

确实跟宣传一模一样,在油桶爆炸的一瞬间,车上、枪上、水面上都有真实的光!真是耀眼得阿汤哥我泪流满面啊!

好的,控制住情绪。

总结

光线追踪有没有效果呢?有的。实测发现,光线追踪确实可以提升极其微小的画面细节,还可以修正曝光,在一些特定的场景中也能看到明显的效果。当然,不注意看其实基本发现不了。

RTX 2060 给不给力呢?给力。接近甚至是超过 GTX 1070 Ti 的性能,还可以开光线追踪,价格却与 GTX 1070 Ti 差不多甚至更低。

如果我是一个 GTX 1060 6G 的用户,我要不要升级到 RTX 2060 呢?可以。即便你觉得光线追踪没啥用,但高分辨率游戏已经是主流。你不仅需要性能更强的显卡在高分辨率下运行游戏,(下面是广告植入)你还需要一台像 BenQ PD2700U 一样的高分辨率显示器!

不是我吹,画中画模式真的很适合我这种穷人跑评测,可以连笔记本来先开始码字修图,再连测试的主机进行跑分。

小窗口可以看到跑分进度,还可以勉强操作。

阿汤哥我其实很久没玩游戏了,尤其是单机大作。

高考完的阿汤哥我痴迷于单机游戏,作为一个画面党,画面精致的 FPS 令我无法自拔。真实的画面,加上第一人称视角极强的代入感,给人身临其境的游戏体验,尤其是下着暴雨的时候玩《地铁:最后的曙光》《死亡空间》和《求生之路 2》暴风骤雨那一关的时候……

玩了半年左右,把经典作品和新作都玩转之后,就进入贤者模式了。虽然每年依然有很多新的游戏大作,但画面提升并没有特别大。游戏的快餐化使代入感进一步下降——玩游戏没意思了。

画质是影响游戏吸引力的重要因素。如果你是一个像阿汤哥我一样,因为游戏画质止步不前而失去乐趣的玩家,那么希望 RTX 的出现,能像这道火光一样,让你眼前一亮吧!

参考文献

[1] 刘国亮,人类光影技术的里程碑 RTX 光线追踪技术解析[N/OL],泡泡网原创,http://www.pcpop.com/article/5012810.shtml. 2018-9-3

[2] 光线追踪, 百度百科,https://baike.baidu.com/item/%E5%85%89%E7%BA%BF%E8%B7%9F%E8%B8%AA/298288?fr=aladdin.

[3] 计算机图形学,百度百科,https://baike.baidu.com/item/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E5%9B%BE%E5%BD%A2%E5%AD%A6/279486.

[4] 比预想的还要强!RTX 2060评测:GTX 1070 Ti都不是对手[N/OL],快科技,http://news.mydrivers.com/1/611/611091_all.htm. 2019-1-13

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