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出门在外也不愁DX11.1=敲门砖？说说光线追踪的那点事
尽管支持下一代DirectX标准的Windows 8还没有正式发布，微软目前也并没有大肆宣传DirectX新版本的新特性。但随着AMD和NVIDIA两大图形芯片巨头新一代支持DirectX 11.1的显卡产品陆续发布...
&& 尽管支持下一代DirectX标准的Windows 8还没有正式发布，微软目前也并没有大肆宣传DirectX新版本的新特性。但随着AMD和NVIDIA两大图形芯片巨头新一代支持DirectX 11.1的产品陆续发布，微软下一代DirectX标准已浮出水面。现在，我们可以确定新一代DirectX标准将仅是DX11的一个子集。并且同以往一样，该子集的更新将主要围绕对上一版本DX11的扩展和除错展开。
&&& 但就是这样一个仅能称之为DX11子集的DirectX版本，却受到了DIY圈内玩家们的广泛关注。到底DX11.1里有了什么改变，让玩家们对其着迷呢？这一切都伴随着一个显赫的名称而来――光线追踪。
&&& 光线追踪和DX11.1是怎么扯到一块去的？如果你认真看过各大媒体对业界第一款支持DX11.1显卡，也就是AMD Radeon HD 7970的首发评测，那么你一定不会对DP Shader Ops感到陌生。而显卡、DX11.1、光线追踪之所以能扯到一块去，都是因为DP Shader Ops被引入到了DX11.1中。
&&& DP Shader，全称为Double Precision Float Shader，直翻的话意思是双精度浮点Shader。在光线追踪的运算过程中，光线交汇的运算相当复杂，之前GPU凭借单精度浮点运算能力就能满足传统光栅化过程的运算需求，而到了光线追踪中，则必须仰仗双精度浮点数据才能维持光线交汇运算过程及其结果的正确性。
&&& 实际上在DX11中，微软就已经引入了DP Shader。而到了DX11.1中，微软再进一步，引入了DP Shader Ops，那这后面的“Ops”又代表着什么呢？其实它是Operations procedure support的缩写，意思是操作步骤支持。据了解，DX11中的DP Shader仅是在编程及数据定义规则上进行了扩展，并未引入更多的指令及执行模式。而DX11.1中DP Shader Ops的引入，则预示着DP Shader真正走向了实用化。
&&& 经过笔者这样一番解释后，相信大家已能明白各大媒体均将DX11.1与光线追踪扯上关系的原因了。那么显卡在支持了DX11.1后就真的能实现光线追踪运算了吗？现在A/N两家支持DX11.1的显卡产品都已经有了，Windows 8也即将发布，在软/硬件端支持DX11.1的条件都满足后，光线追踪游戏会很快面世吗？
&&& 今天，笔者就将针对这一系列问题，与大家一起深入探讨一下。&&& 既然要探讨光线追踪的问题，那么我们首先应该了解一下光线追踪到底是什么。下面我们就来看看维基百科对光线追踪的定义：
&&& “光线追踪（Ray tracing），又称为光迹追踪或光线追迹，是来自于几何光学的一项通用技术，它通过追踪与光学表面发生交互作用的光线从而得到光线经过路径的模型。”
&&& 光看这样死板抽象的定义可能大家还无法真正了解光线追踪到底是个什么东西，并且也很难将它与我们的日常生活联系起来。其实这很好理解，光线追踪就是通过特殊的算法在虚拟世界中（可以理解为在屏幕中）模拟出真实世界里的光效果，以呈现更加贴近真实的画面。
&&& 实际上，自然界的光在投射到物体表面时会出现三种情况，分别是光线吸收、光线反射和光线折射。根据物体表面材质的不同，光线在投射到物体表面后会产生不同情况的被吸收现象，光谱也将随之改变。最后经由多次的反射和折射后，光线就会进入人眼并被我们所感知。光线追踪其实就是计算出当光线发出后经过一系列衰减并最终进入人眼的过程，可以说利用这种技术所计算出的结果是高度贴近于真实世界实际情况的。
&&& 相信您在看过了上述文字之后，脑海中已能对光线追踪形成一个基本的认识了。刚才说到，光线追踪是一种能够模拟出高度贴近于真实世界光学效果的技术，那果真如此吗？它究竟能为我们带来怎样的画面效果呢？考虑到不少读者可能对光线追踪的实际效果还没什么概念，笔者在这干说它如何如何也没什么意义。所以笔者决定，在咱们继续深入挖掘光线追踪技术之前，还是先来一睹它的“芳容”，看看这项技术在当下的应用情况和实际效果究竟如何。&& 目前，光线追踪技术的应用领域还是相当广泛的，不过这些领域大多与我们的日常生活并不沾边，属于研究人员们关心的问题。不过有一种行业也广泛应用了该项技术，并且这个行业大家都相当的熟悉和喜爱。你猜对了，就是电影行业。
&&& 好莱坞的电影相信大家都没少看过，虽然近年来“Made in 好莱坞”的电影已远不如十几年前我们刚刚接触它时那样风光，但不可否认的是，无论你贬低它们剧情老套也好，没有创新也罢，它仍然是你关注的焦点之一。为什么会这样？排除各路明星大腕对你的吸引之外，笔者认为还有一个更加让人欲罢不能的因素――全世界最先进的电影特效。
&&& 先进的电影特效为人们带来了震撼人心的视觉效果，凭借这些特技的应用，好莱坞电影里虚假的人物、场景都让人难分真假，这就给观众产生了极强的代入感。最终，只要影片剧情还过得去，我们就会津津有味的看下去，并且还回味无穷，前些年风靡全球的《阿凡达》就是一个很好的例子。
&&& 而光线追踪作为一项光学拟真技术，具备让画面更加精美、真实的硬实力，自然也不会逃出好莱坞导演们的“魔爪”。实际上，光线追踪多年以前就已在好莱坞影片中广泛应用，像《星球大战》系列、《指环王》系列、《阿凡达》以及最近又重新火爆起来的《泰坦尼克号》等等，这些我们耳熟能详的经典影片无一例外的都运用了光线追踪技术。
&&& 光线追踪的应用让这些影片中那些虚假的场景拥有了与真实世界基本无异的光影特效，这足以欺骗我们的眼睛，让我们在观影当下误以为屏幕上显示的画面是真实存在的（用拍出来的）。试想，如果没有了光线追踪，影片中所有虚拟场景的光照及阴影均是人为设计好的，无法随着环境的变化而自然变化，想必最终所呈现出的画面肯定会生硬不少，也就很难让人们感觉“真实”了。假设一部电影已然是“剧情老套、缺乏创新”了，如果最后连“真实”特效都没有，那谁还会为这部电影埋单呢？所以说，光线追踪几乎已经成为了现在电影行业一项不可或缺的技术。&&& 既然光线追踪能够为我们带来更精美的画面，并且已被电影行业广泛应用，那为什么PC游戏界却迟迟没有引入这项技术呢？ 其实原因很简单，那就是光线追踪需要非常庞大的运算量，而目前的PC硬件水平还无法满足它的运算需求。
&&& 电影之所以能用上光线追踪，是因为它可以利用离线渲染的方式来进行制作，虽然每一帧可能都需要庞大的计算机集群计算数小时才能生成，但只要舍得花时间将其制作完成，最终就能给观影者提供流畅的画面。而电影的这种实现方式显然是不能套用在PC游戏上的，游戏需要的是实时渲染并输出（至少在云计算还不成大气候的现在是这样的），全部计算工作均在用户本地的硬件上完成。试想，拥有成千上万、GPU的计算集群尚需数小时才能完成1帧应用光线追踪画面的计算量，我们本地的电脑又怎么可能实现实时渲染呢？
&&& 理想是美好的，现实却是残酷的，但是我们也不应因为残酷的现实而放弃美好的理想。有一个人就大胆的对光线追踪引入PC游戏进行了的尝试，并最终取得了成功，他就是Daniel Pohl。时间追溯到2004年，当时的Daniel Pohl还是一位在校大学生，他将光线追踪引入PC游戏的研究完全出自于一单纯的想法――证明这种想法在技术上的可行性以完成自己的毕业课题。
&&& 为了达成这一目标，Daniel Pohl联系上了德国萨尔兰大学正在开发OpenRT光线追踪引擎的计算机图形小组，提出了将OpenRT引擎移植到电脑游戏中的想法，希望获得他们的帮助。Daniel Pohl的请求获得了同意，并且幸运的成为了开发小组中的一员。得益于OpenRT引擎开源的政策，他顺利的展开了移植工作，而移植的目标就是当时最火爆的游戏《Quake III》。出人意料的是，移植工作竟然并不复杂。最终，Daniel Pohl在很短的时间内就完成了在《Quake III》渲染核心中完整加入OpenRT引擎的全部工作，让《Quake III》的画面质量得到了显著提升。就此，《Quake III：Ray Tracing》诞生了！
&&& 《Quake III：Ray Tracing》在PC平台上的成功运行在当时引起了许多关注，这也使Daniel Pohl一战成名，成为了光线追踪游戏化领域最知名的开拓者。不过值得提醒大家的是，虽然Daniel Pohl对《Quake III》的改造是成功了，改造过程也并不复杂，但这并不意味着光线追踪引入PC游戏已进入了实用化阶段。
&&& 首先，Daniel Pohl在《Quake III：Ray Tracing》中引入的只是光线追踪的雏形，模型相对简单、光线数量也并不多。其次，即使是这样，《Quake III：Ray Tracing》对运算资源的消耗也足以用恐怖来形容。就算是拥有20颗Athlon XP 1800+的计算集群（当时），也仅能在512×512分辨率、4xAA的设定下勉强使其运行在20帧左右，甚至都达不到流畅标准。要知道，现在主流显示器的分辨率可是已经达到全高清分辨率了啊。可见，光线追踪要想真正应用到游戏中并走向实用化，还是有很长的路要走。
&&& 此后，Daniel Pohl又成功的完成了对《Quake IV》的光线追踪改造工作。当他毕业以后，Intel看中了他傲人的经历，将其招致麾下成为了Larrabee开发团队中的一员。这引来了人们对Larrabee项目的关注，因为不少人都认为它将成为一款在光线追踪领域有所作为的产品。谁成想世事难料，Larrabee最后胎死腹中了。
&&& 加盟Intel后的Daniel Pohl获得了更加强有力的支持，同时也为人们带来了更新的成果――光线追踪版《ET：Quake War》。与之前改造《Quake III》和《Quake IV》的情况不同，这回光线跟踪版《ET：Quake War》终于借助一套四路四核心Tigerton Xeon 2.93GHz系统(还包括运算卡)运行在了的高清分辨率下。接下来的两页是笔者专门到网上搜集的光线追踪版《ET：Quake War》游戏截图，供大家欣赏。
&&& 看完前面的游戏画面截图后，有些读者可能会说：“这画面糙的不行，也不怎么样啊。”的确，如果与现在的游戏相比，《ET：Quake War》的画面的确不怎么样。不过它毕竟问世于2007年（请不要拿《孤岛危机》这类稀有的“奇葩”来类比），而且其使用的引擎甚至只是来自于2004年的《Doom3》引擎的增强，在模型、纹理贴图等方面相比现在的游戏确实有着不小的差距。但笔者希望大家注意的并不是这些，而是在它引入光线追踪后的画面的光影细节。请看看水面的倒影、玻璃的反射、物体的阴影…这些效果几乎与现实世界无异，甚至最新的《孤岛危机2》也达不到这种效果。
&&& 没错，这就是光线追踪引入游戏后的魅力。想想看，如果现在的游戏再加上光线追踪的话，将会是一种怎样美好的视觉效果啊。这就引发了另一个问题：为什么现在游戏的光影就达不到光线追踪的效果呢？要想回答这个问题，我们就需要先来简单了解一下现在主流的3D成像渲染算法――光栅化渲染技术。
&&& 光栅化渲染技术其实就是现代GPU处理3D图形并将其转化成屏幕上像素的全过程，它主要由三大步骤组成：几何处理、光栅化和像素处理。请注意，后面的这个“光栅化”与前面所说的光栅化流程是有区别的，这个后面再说。光栅化流程中包含的细节相当繁杂，不是三言两语可以说得清楚的，由于本文的重点并不是为大家介绍光栅化流程，所以下面笔者仅捡几个相对重要的部分为大家做简单的介绍。
&&& 先来说说几何处理。通俗来说，任何3D物体的形成首先都需要“建模”，而几何处理就是建模的过程。CPU将目标物体的顶点坐标交给GPU后，GPU的几何单元就开始根据顶点坐标进行“画”点操作了。点“画”好后，要想确定物体的外形，并将它变成立体的，就需要连线，而这就是setup单元的工作。连线后的一个个三角形就组成了物体的外形，如果不需要进行顶点调整（如人物的动作就是由顶点调整而产生的），那就将进入蒙皮和打光阶段。GPU会按照需求访问材质库，为整个模型附上带基本光照信息的底层纹理，这样，几何处理过程就结束了。
&&& 这就好比是制作蜡像，也是先要有个泥塑模型（顶点确定->连线），然后在泥塑外层打上蜡（蒙皮->打光，当然这里不存在光照信息的问题）。那接下来要做什么呢？当然是给蜡上色化妆啦。不过在计算机3D图形处理流程中，给目标物体“上色”之前还需要进行一个操作，就是光栅化。这里与蜡像制作有一定区别，由于我们的显示器只能输出平面图像，所以图形处理过程中需要有一个步骤将几何处理生成的3D模型变为2D的才能够最终输出。我们可以简单理解为，光栅化步骤就是要将几何处理步骤生成的3D模型“压扁”，并让它与屏幕像素点对应，以便进行“上色”操作。这一步骤由GPU中的Rasterizer完成，它会对目标物体的进行必要的前后判断，然后进行Z-culling操作，将物体被遮挡部分的顶点删除掉。
&&& 在3D图像符合了平面输出的要求以后，就真的要开始“上色”了。在这个过程中，GPU会先利用TMU单元进行纹理映射工作，也就是给多边形表面贴上相应的图片（纹理贴图），然后会进入到像素处理阶段。像素处理是真正的“上色”阶段，这个阶段主要由GPU中的Pixel Shader负责（分离式渲染架构时期）。不过要想将颜色“上”正确却并不容易。毕竟在自然界中，一个物体的颜色会受到很多因素的影响。其中，我们今天主要讨论的“光”会对物体颜色造成影响就是一个典型的例子。在处理光的影响时，一般GPU会将光照信息交由Pixel Shader进行一系列复杂的运算过程，最终生成与屏幕坐标对应的像素影响程度结果。
&&& 最后，当这一切最终完成，将由光栅化引擎（ROP）负责最终像素的输出，每一帧渲染完成的画面会被送到显存的帧缓冲区中，然后经由D/A转换输出到显示器上。&&& &&& 需要提醒的是，在GPU分离渲染架构时代，光栅化渲染的流程步骤依次为几何处理、光栅化、像素处理，每个步骤均由专属的相关单元来完成。不过进入统一渲染架构时代以后，光栅化渲染流程中的许多步骤已没有严格的顺序定义，因为其中的许多步骤均由流处理器一种单元完成，所以其实许多步骤是交叉存在的。
&&& 在了解了光栅化渲染的基本流程后，我们可以发现该流程中对光的处理存在一个重要因素，那就是“光照信息”。而值得注意的是，光栅化渲染流程中的“光照信息”是人为定义的。也就是说，开发者只能根据经验认为哪里该有光，哪里才能有光。这就存在很大的局限性，无论开发者运用多么先进的技术去“制造”光影效果，都很难与自然界真实的物理光照特性相符。所以现在游戏为什么达不到光线追踪光影效果的问题就很好理解了：一个是人为定义，一个是模拟真实，你说哪个效果更好呢？&&& 显然，光线追踪对比光栅化，一定是模拟真实光线特性的光线追踪最终渲染出的画面更加精美、真实。但是现在你应该已经知道，现在PC的硬件水平想要实现光线追踪实时渲染是非常困难的。那么，究竟是什么原因使得光线追踪需要那么大的运算量呢？在了解了光线追踪算法的原理后，你就能知道答案了。
&&& 严格来说，光线追踪算法分为两种，一种是正向追踪算法，一种是反向追踪算法。正向追踪算法就是模拟大自然光线轨迹的算法，从光源发出的光经环境景物间的多次反射、透射后投射到景物表面，最终进入人眼。从这种算法的定义可以看出，它是最贴近真实世界的。但弊端就是需要计算的光量过于庞大，许多可见场景之外的光也要进行计算，这无疑加大了一些没有必要的计算量，造成了资源浪费。
&&& 而反向追踪算法则正好与之相反，它是从观察者的角度出发，只跟踪那些观察者所能看见的表面投射光。而观察者所能观看到的表面毕竟是有限的（即代表需计算的光量是有限的），这便在最大程度上节省了计算资源，并且还不会因此而导致渲染质量的下降。显而易见，反向追踪算法更具“性价比”，所以它也成为了目前最为主流的光线追踪算法。下面，笔者就为大家简单介绍一下反向追踪算法：
&&& 这是一张典型的反向追踪算法示意图，需要注意的是，假设人眼前面是一个显示器的话，那么人眼发出的主光线将穿透显示器的每一个像素，并且光线的数量与显示器的分辨率是一一对应的，每一个显示器的像素点都拥有一束主光线。上图仅是以一束光线为例。
&&& 当人眼发出一条主光线后，会与“前方”的球体产生光线的交汇点。此时会调出球体预设的光照程序，并因球体表面可反光而产生反射光线，反射光线将以球体为原点向不同的方向折射。球体的反射光线会再次映射到旁边的三角形区域，这时会调出预设的反射光照程序对三角形区域进行追踪处理。反射光照程序被调用后，依照现实环境会产生阴影光线。此时可将球体视为新的光源，分别发射出反射光线和阴影光线，同时它的“上半面”也成为了反射成像区的点与灯之间的一个障碍物。由于障碍物的存在，所以不会有任何颜色被添加到反射成像区的点上，因此这个点就产生了阴影效果。至此，光线的追踪过程就结束了。
&&& 刚才已经说了，若人眼前有显示器的话，这只是以显示器像素点的一条主光线为例，若显示器的所有像素点均会发出不止一条主光线、或场景中不止球体一个可视物体、再或者是球体会移动的话，那么反射与阴影光线会巨量增加并随之变动，消耗大量的运算资源。那如果想要实现流畅实时渲染的话，究竟会产生多少条光线需要计算？它们需要多少运算资源？现在的硬件又能提供多大的运算量呢？Intel和Daniel Pohl给出了答案：
&&& “要想用光线追踪算法渲染出达到现代游戏的画面质量，同时跑出可流畅运行的帧数，每妙需要计算大概10亿束光线。这包括每帧每像素大概需要30束不同的光线用以分别计算着色、光照与特效。按这个公式推算，入门级的分辨率一共有786432个像素，乘以每像素30束光线以及每秒60帧，我们就需要每秒能计算14.1亿束光线的硬件。而Intel双路四核心处理器每秒也不过只能处理830万束光线。”
&&& 这么算下来，在分辨率下，要想实现每秒60帧跑动光线追踪游戏，需要341颗Intel四核处理器才行。就算将每秒帧率降为30帧，也需要170颗Intel四核处理器的运算量。如果将分辨率提升为现在主流的，那所需要的运算量将不可想象。
&&& 就此来看，短期内要想利用传统PC上的CPU来实现光线追踪游戏的实时渲染，是根本不可能的。&&& CPU不可能，那GPU呢？近年来，GPU一直保持着高速发展态势，它早已不再仅仅是输出工具、游戏工具。而且得益于流式处理架构的特点，GPU在进入统一渲染架构时代后，通用型计算方面取得了非常大的进步。现在的GPU动辄就有数千个可灵活调用、可编程的流处理器，已成为了并行计算的利器。这还没完，笔者在文章开头曾为大家介绍过，微软最新的DirectX 11.1标准已经引入了DP Shader Ops，而新一代支持DX11.1标准的显卡也开始对双精度浮点运算能力重视起来。
&&& 如此看来，GPU拥有强大并行计算能力，并且运算精度也足够，似乎倒是比串行计算的CPU更适合于进行光线追踪运算。那为什么很少有人用GPU进行光线追踪运算呢？GPU是不是还存在着什么运算上的问题？针对这些问题，笔者联系到了业内某资深技术人士，并且获得了一个非常靠谱的答案：目前的GPU还无法高效的运行递归算法。
典型递归算法案例――象棋游戏
&&& 光线追踪运算中会大量用到递归算法，如有时会出现这样的情况：对每个光源射出一条光纤来检测是否处在阴影中，如果表面是反射面，生成反射光，将会运用递归；如果表面透明，生成折射光，还是运用递归。递归算法是把问题转化为规模缩小了的同类问题的子问题。然后递归调用函数(或过程)来表示问题的解。递归过程一般通过函数或子过程来实现。在函数或子过程的内部，直接或者间接地调用自己的算法。
经典递归光线追踪算法
&&& 请注意上一段的最后一句话：“在函数或子过程的内部，直接或者间接地调用自己的算法。”这句话解释了递归算法需要直接或间接调用自己的算法，而GPU无法高效进行递归运算的原因也正是卡在了这。据了解，目前的GPU虽然支持同时运行多个Kernel，但Kernel与Kernel之间却无法高效实现调用，甚至Kernel连自己的运算结果也无法调用，全部的调用过程都需要CPU来进行调度。这就造成了如果在GPU上运行递归算法的话，每次Kernel调用都必要到CPU那绕一大圈才行，也就难怪效率不高了。
&&& CPU不行，GPU也存在不足，难道想要实现桌面级的光线追踪实时渲染就真的没有可能了吗？也不是，其实还有一个东西值得我们关注，那就是专门的光线追踪加速卡。还记得OpenRT光线追踪引擎吗？它是由萨尔兰大学的SaarCOR小组开发出来的。该小组不仅设计了光线追踪算法和开发出了这套包含完整函数库的引擎，还设计出了一款基于OpenRT引擎的光线追踪加速硬件――RPU（Ray Processing Unit）！
SaarCOR研究成果――可实现单卡4颗RPU芯片（采用FPGA封装，图中两个位空焊）
&&& RPU与之前用于物理加速计算的PPU非常类似，它也是采用专用设计，并且算法单一，由此做到了硬件效率的最优化。为了提高执行效率，RPU中加入了多线程技术，计算时一般将4束光线打包处理，以便让硬件被高效利用。RPU的核心频率仅为66MHz，带宽也只有350MB/s，但它的实际性能却令人惊讶，足以与2.6GHz的Pentium 4处理器比肩，这充分体现了RPU在处理光线追踪上的高效性。试想，如果用现在最先进的工艺制造RPU芯片，它的规模将会大幅扩充，频率也可以上的更高，那它将会达到怎样恐怖的光线追踪性能？而且RPU还可以像CPU一样采用多核心架构，原型机可搭配不同数量的RPU芯片，以达到数倍于单RPU芯片的性能。
Causitc 1光线追踪加速卡
&&& 此后还有一些类似于SaarCOR RPU的产品推出，例如2009年，潜心研发多年的Caustic Graphics公司突然宣布在光线追踪技术领域取得了革命性的重大突破，将光线追踪的处理速度提升了200多倍，并推出了型号为Caustic 1的光线追踪加速卡。但后来，Caustic Graphics公司被Imagination Technologies Group收购（该公司现在最知名的产品是PowerVR系列GPU），从此便再无音讯。&&& 在前面说了那么多之后，我们再回到文章开头所提出的问题上，光线追踪游戏会很快面世吗？显然答案是不会，或者说纯粹的光线追踪游戏不会，毕竟现在的硬件水平仍无法满足光线追踪游戏的实时渲染运算量。在这种大环境下，又会有哪个游戏开发商会想要推出一款没有电脑能流畅运行的游戏呢？不过实际上也没那么悲观，根据经验笔者倒是认为不久之后可能会出现“准光线跟踪游戏”，也就是引入少量的光线追踪算法，让目前游戏的画面品质先在一定程度上得到提升。这样现有的硬件足以负荷，并且能获得更好的画面效果。
“准光线追踪游戏”可能会出现
&&& 另一个问题是，现在的显卡在支持了DX11.1后真的能显著增强光线追踪运算了吗？不可否认，DX11.1中引入了DP Shader Ops的确为显卡进行双精度浮点运算的实用化打开了一扇大门。光线追踪算法需要双精度浮点运算的支持，现在又有了DirectX API提供开发端的支持，很难不让人将DX11.1与光线追踪游戏联想到一起。但是，刚才我们已经说过，现有GPU执行光线跟踪算法时存在明显瓶颈，还远远达不到实时渲染所需的标准。
&&& 不过综合来看，笔者仍然对GPU进行光线追踪运算寄予厚望，毕竟现在的GPU虽然在某些方面存在运算瓶颈，但其他各方面都是最符合光线追踪运算需求的。因此在笔者看来，只要能改进GPU在光线追踪算法中的运算瓶颈这一关键问题，未来就将是光线跟踪游戏的时代。那如何改进呢？笔者倒是有几条拙见想与大家分享下：
出现比现有算法更高科技的光线追踪算法？
1. 出现更适合于目前GPU架构的全新光线追踪算法，如NVIDIA推出了基于CUDA的OptiX光线追踪引擎（尽管OptiX和目前的GPU结合效率并不十分高）。2. 改良现有GPU架构，解决Kernel调用问题，使其更适合于目前主流的光线追踪算法。
像“融合”PPU那样让GPU“融合”RPU？
3.在GPU中集成类似于“RPU”的功能单元，起到光线追踪加速效果。这就好比是当初GPU“融合”了PPU，实现了物理加速功能。4.在GPU中集成微型CPU（如目前移动设备上流行的ARM架构CPU），后者的主要工作是进行调度，使GPU能高效的与片内CPU进行互动，提高带宽降低延迟并能提升ALU的执行效率。 &&& 刚才例举的几种方案只是笔者个人对未来利用GPU进行更高效光线追踪运算的一个展望，还存在着太多的未知数。那么现实又是什么呢？
&&& 在笔者看来，“准光线追踪游戏”就是游戏开发商们提升画面质量最现实的选择。因为依据以往各个DirectX版本更替的经验，游戏开发商通常在开发新版DX游戏时也并不会把所有新特效都加上，也都是一步一步来，先加入部分特效。这样做的好处就是既能达到更好的画面效果，也能让主流硬件运行得起来。所以我们有理由相信，未来的光线追踪游戏也将按照这个步骤走。
&&& 从另一个方面来看，DX11.1中与桌面端最相关、也是最重要的更新就是引入了DP Shader Ops。通常来说，微软绝不会随随便便就更新DX的版本号，除了一些对之前DX11版本的Debug外，他们肯为DP Shader Ops这一点就将DX11加上“.1”版本号，那必然是有原因的。虽然我们无法知道微软这么做真正的用意是什么，但笔者推测这应该也与光线追踪脱不了干系。毕竟游戏厂商若想要推出“准光线追踪游戏”，也需要API的支持才行。而DX11.1就很有可能是微软为游戏厂商们准备的“垫脚石”。
现实是“准光线追踪游戏”最靠谱
&&& 既然“准光线追踪游戏”是目前最靠谱的方案，那接下来我们就再“揉碎了”分析一下实现和运行这种游戏的前提条件。首先，要考虑的是API支持。综合来看，只有Windows系统的DirectX API最为主流。而在这当中，又只有最新版的DX11.1才对实现光线追踪所需的双精度浮点运算提供了Ops支持，所以“准光线追踪游戏”的API选用DX11.1是跑不掉了。
硬件也必须支持DX11.1才行
&&& 其次是硬件，API选用了DX11.1，那么硬件也必须要支持DX11.1才行。现在，AMD和NVIDIA新一代的显卡产品都能够支持DX11.1标准，包括基于GCN架构的HD7000系列和基于Kepler架构的GTX600系列。所以要想运行“准光线追踪游戏”，在硬件方面也需要新一代显卡才行。
&&& 最后就是硬件双精度浮点运算性能的问题了，支持DX11.1和双精度浮点运算并不代表着就能把“准光线追踪游戏”运行好。这就好比入门级显卡也支持DX11标准，但我们并不能寄希望于让它们流畅运行DX11游戏一样。哪种GPU架构更加适合于进行双精度浮点运算也是一个值得我们关注的问题。
&&& 下面，我们就分别以GCN架构的旗舰产品HD7970和Kepler架构的旗舰产品GTX680为代表，来看看它们在进行双精度浮点运算时的表现如何。
测试时使用了Core i7 3960X平台 内存16GB（四通道）
&&& 从测试结果我们可以看出，HD7970的表现要明显好于GTX680。这证明HD7970所采用的GCN架构在双精度浮点运算的支持性方面显然优于Kepler架构，就这点而言更加符合DX11.1对显卡架构的设计要求。由此来看，虽然HD7970在运行现有游戏时的表现相比GTX680稍弱，但是该产品的亮点也很明显。AMD将它的架构命名为Graphics Core Next（GCN架构全称，意为未来图形核心）还是有一定道理的，因为它的确更能满足未来图形发展，或者说游戏发展的需要。当然，我们相信相应的Kepler架构接下来的发展也会着力于改进这方面的弱势，毕竟NVIDIA对自己产品的优点和缺点比别人更清楚，它一定会希望追上AMD的脚步。
&&& 在说了这么多之后，本文就已经接近尾声了。相信你在完整的看完了这篇文章后，应该已经对光线跟踪、DX11.1和双精度浮点运算之间的关系有了一定了解。不可否认，要想让未来的PC游戏真正拥有接近电影的画面从而吸引消费者，引入光线跟踪将会是游戏开发商们唯一的选择。最后，就让我们共同期待光线跟踪游戏能早日诞生吧。
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