光線追蹤到底是個啥？為什麼說是顯卡市場的新趨勢？
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自從英偉達在2018年的Gamescom上發布圖靈架構顯卡以來，光線追蹤技術就成為了顯卡和遊戲領域最熱門的話題。這種最新的圖形渲染技術，自從問世以來就一直是遊戲市場的「聖杯」，而英偉達也憑藉GeForce RTX 2080這樣的頂級顯卡，讓普通玩家可以在PC遊戲上見識到這種最先進的技術。
其實很多人都認為，光線追蹤技術可能是我們多年來在遊戲領域所遇到最重要的圖形技術升級之一，或者至少可以說當我們看到這項技術在PC遊戲中被實際展示出來之後，會被它所帶來的效果震撼。
那麼，光線追蹤到底是一種什麼樣的技術呢？簡單來說，這是一種可以場景實現更逼真的光影渲染效果的方法，之前被用在電影和電視節目中，用來創造和融合逼真的CG場景，還原現實生活。但是由於光線追蹤是通過模擬和跟蹤光源所產生每一束光線的發射和折射，所以渲染起來需要強大的性能保障。因此這也是之前為何我們沒有在大部分遊戲中看到光線追蹤效果的主要原因之一。
光線追蹤技術在電影(比如漫威的《鋼鐵俠》)和電視中已經被廣泛應用於電腦生成圖像(CGI)，所以這項技術並不算是一項新技術。然而，通過實時的方式將其集成到消費硬體中卻是一件非常困難的事情。
光線追蹤的一大缺點是成本昂貴，而且需要相當強的計算能力。從技術上講，它只適用於好萊塢電影中的預撕裂圖像。事實上，在這個過程使用了如此大量的數據，以至於電影製作者要使用渲染場來處理這一切，而僅僅渲染一幀的畫面就可能花費數小時甚至數天的時間。由於這種情況，光線追蹤被證明是非常困難的一種技術，無法被應用到消費者級的顯卡或遊戲機中。
現在，光線追蹤技術已經可以在遊戲中實現了，但就算支持光線追蹤的大型技術，實現起來的方式也非常有限，比如初期只包括了鋼線的反射和陰影，目前還沒有完全支持光線追蹤技術的遊戲出現。
所以既然光線追蹤是大型PC遊戲未來支持的熱門技術，那麼我們是時候應該深入的了解一下這種技術了。包括如何實現、以及哪些遊戲支持光線追蹤，都需要深入的了解。而且隨著時間的推移，我們會看到更多關於光線追蹤的消息和報道，因此對於遊戲界來說，這是一種未來的趨勢。
什麼是光線追蹤？
光線追蹤是一種新型的渲染技術，可以產生令人難以置信媲美真實生活的燈光效果。從本質上來說，通過演算法可以跟蹤光線的路徑，然後模擬光線與計算機模擬世界中對象的交互方式，比如折射、反射和陰影等。
隨著技術的進步，我們看到在遊戲中的燈光效果已經變得越來越逼真，但光線追蹤技術帶來的好處並不僅限于于光線本身，而是在於光線如何與虛擬世界互動。
光線追蹤技術可以實現更逼真的陰影和反射，大幅改善半透明和散射效果。這種演算法可以計算出光線照射的位置，並模擬出彼此相互作用的效果，就像人眼看到真實的光線、陰影和反射一樣。要知道，當光線照射到物體上方式和角度的不同，我們看到的顏色也不盡相同。
只要有了足夠的計算能力，就有可能產生令人難以置信又逼真的CG畫面，幾乎與現實生活沒有區別。但同時也引出了另外一個問題：即使是配置足夠出色的PC，配備的顯卡性能也非常有限，更不用說PS4和Xbox One這樣上市已經幾年的遊戲主機了。
電影和電視節目製作者，在渲染計算機圖像時，光線追蹤技術已經被廣泛使用，但這是因為專業工作室可以利用整個伺服器集群(或雲計算)的強悍能力來完成這項工作。即便如此，這也可能是一個漫長而艱苦的過程。因此對於現有的遊戲硬體來說，在本地完成這種計算任務，幾乎是不可能完成的任務。
傳統上來說，電子遊戲使用柵格化技術，這是一種更快的渲染計算機圖形的方法。它將3D圖形轉換為2D像素顯示在電腦屏幕上，但是柵格化需要著色器來還原真實的光照效果。在英偉達宣布支持光線追蹤之前，格柵化技術被使用在的大部分遊戲中，而到英文袋宣布圖靈架構顯卡之後，光線追蹤技術就有可能取代原來的格柵化方式。
所以，即使現在我們看到初期的光線追蹤效果並不算特別驚人，也應該認識到這項技術目前正在進行基礎的工作內容，未來會有更加逼真的效果。我們有希望看到PC遊戲的顯示方式出現全面變革，儘管現在才剛剛起步。
支持光線追蹤的遊戲
目前上市的遊戲中，只有5款支持英偉達的光線追蹤技術，並且都是知名的AAA級大作。由於光線追蹤是熱門的新技術，未來會有更多遊戲加入到這份名單中。而且目前已經確定，索尼PS5和微軟Project Scarlett都確認支持光線追蹤，因此未來這一趨勢將會更加明顯。
下面是目前支持光線追蹤技術的遊戲名單，以及現在可以玩的所有光線追蹤遊戲以及支持的程度和範圍：
《戰場5》：光線追蹤反射；
《地鐵：離去》：光線追蹤、全局照明；
《古墓麗影》：陰影光線追蹤；
《別離開光明》：全局光線照明和反射追蹤；
《RTX版雷神之錘II》：全局光線追蹤照明；
目前來看，這些遊戲只是部分展示了光線追蹤技術的效果，不過別擔心，未來還有很多新遊戲將很快支持光線追蹤。比如Remedy的新作《控制》就會將使用英偉達最新的RTX技術，包括全局效果、光線追蹤反射、陰影最總和全局照明，因此這款遊戲的效果會非常華麗，甚至「融化掉」你的電腦。
而在Gamescom 2019上，我們又看到了大量公布的新遊戲將會支持這項技術，在遊戲中具體如何實施。同時英偉達也鼓勵開發人員為自己的遊戲中加入這項技術。比如《我的世界》就將擁有完全的路徑跟蹤照明功能，作為一款大熱的沙盒遊戲，光線追蹤技術加入之後，可以說遊戲的面貌徹底發生了改變。
現在已經確定支持光線追蹤的遊戲名單越來越長，而由於這項技術太新，所以未來究竟可以落實到什麼程度目前還不確定。
以下是確定支持光線追蹤技術的遊戲名單：
《賽博朋克2077》；
《使命召喚：現代戰爭》；
《控制》；
《應徵入伍》；
《狂野西部Online》；
《機甲戰士5》；
《德軍總部：新血脈》；
《吸血鬼：避世血族2》；
《看門狗：軍團》；
《我的世界》；
《Synched：Off Planet》；
無論未來如何，我們都可以確定會有更多遊戲開發商加入到光線追蹤的陣營中來，而未來我們還會更新更多的遊戲名單，感興趣的朋友關注我們。
哪些顯卡支持光線追蹤？
在2019年，目前只有英偉達的顯卡支持光線追蹤。但AMD已經表示，在未來的某個時候會推出支持光線追蹤的顯卡，並且會帶來更加逼真和炫酷的效果。另外，使用AMD定製顯卡的PS5和Xbox Scarlett，都已經確認支持光線追蹤，因此基本上很快就會看到AMD顯卡的支持。
如果現在就想體驗光線追蹤，我們建議要購買GeForce RTX 2060或以上級別的顯卡。當然，如果你預算充裕，能夠買得起像英偉達GeForce RTX 2080 Ti這樣的頂級硬體，，將會擁有更好的體驗，當然要付出非常大的代價。
以下是目前所有支持光線追蹤的顯卡名單：
英偉達GeForce RTX 2060丨30 RT核心丨6GB GDDR6
英偉達GeForce RTX 2060 Super丨34 RT核心丨8GB GDDR6
英偉達GeForce RTX 2070丨36 RT核心丨8GB GDDR6
英偉達GeForce RTX 2070 Super丨40 RT核心丨8GB GDDR6
英偉達GeForce RTX 2080丨46 RT核心丨8GB GDDR6
英偉達GeForce RTX 2080 Super| 48 RT核心丨8GB GDDR6
英偉達GeForce RTX 2080 Ti丨68 RT核心丨11GB GDDR6
英偉達 Titan RTX丨72 RT核心丨24GB GDDR6
上面的出現的RT核心專門用於實時光線追蹤的處理器，能對光線和聲音在3D環境中的傳播進行加速計算，據稱它的實時光線追蹤能力提升到了Pascal架構的25倍。張量核心是為深度學習訓練和推斷加速的處理器，支持每秒500萬億次張量運算。這些新功能包括DLAA（深度學習抗鋸齒），以及去噪、解析度縮放和視頻調速。這些特性是NVIDIA NGX 軟體開發套件的一部分，這種全新深度學習技術堆棧可助力開發者通過預先訓練的網路，輕鬆地在應用中集成加速且增強的圖形、照片成像和視頻處理。英偉達承若圖靈架構GPU模擬物理世界的能力將比Pascal架構提升6倍。
與高動態範圍(HDR)技術帶來的變化類似，我們可能需要一段時間才能真正看到實時光線跟蹤技術被大範圍應用在PC和主機中。目前，還沒有太多的軟體和遊戲支持這項技術。不過從好的方面來看，這是一項令人興奮的未來願景，而只有隨著技術的完善，它才會越來越進步和普及。
光線追蹤性能表現
在《地鐵：離去》中以3440×1440高特效模式下，我們使用英偉達的GeForce RTX 2080 Ti顯卡獲得了大約41幀每秒的速度，但是，一旦我們使用Ultra設置啟用管線追蹤技術，性能就會直線下降，平均大約23幀每秒。雖然遊戲依然可以進行，但幀率下降非常明顯。幸運的是，這款遊戲使用了DLSS技術，它使用人工智慧將低解析度強制升級。而且如果你啟用這個功能，可以重新提升幀率。在相同的遊戲測試中，在Ultra模式下使用極端質量設置和光線跟蹤，在啟用DLSS的情況下幀率為44fps。
所以從本質上來說，如果想要啟用光線追蹤技術，就必須犧牲解析度如果你想玩4K的光線追蹤遊戲，那麼電腦至少要RTX 2080 Ti級別。當然如果你使用的只是英偉達GeForce RTX 2060，那麼在啟用光線追蹤的情況下，1080p解析度下玩遊戲沒什麼大問題。
最後來看看英偉達官方展示的光線追蹤技術視頻效果有多炫酷吧。
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