就在剛剛，隨着新一輪驅動更新，GeForce GTX 1060 6GB以上的帕斯卡架構顯卡正式加入光線追蹤技術陣營。這意味着擁有GeForce GTX 1060 6GB以上顯卡的小夥伴不用升級到GeForce RTX 20系列顯卡，也可以開啓一定的光線追蹤效果。

　　但RTX 20系列與GTX 10系列之間在物理結構上存在着巨大差距，其中之一便是採用圖靈架構的RTX 20系列顯卡擁有RT Core加速光線追蹤。那麼GTX 10系列是如何實現光線追蹤？能實現到什麼程度？本文將會進行解答。

　　加了實時光線追蹤效果的《雷神之錘II》

　　DXR的野望

　　早在去年GDC遊戲開發者峯會上，微軟宣佈將DirectX Raytracing融入DirectX 12中，也就是我們常說的DX12 DXR。從那一刻開始，光線追蹤從傳統的離線渲染轉入實時渲染變成了可能。

　　如今微軟DirectX API遵循一套機制，就是將軟件、遊戲層面與硬件隔離，也就是說遊戲本身實際上不知道自己跑在什麼硬件上，它們只需要遵守微軟DirectX的規則，就能調用新特效。這也是爲什麼新推出的3A大作通常只支持Windows 10系統，很大原因在於DirectX 12完全體僅能在Windows 10上運行。雖然近期微軟博客有放出風聲會反向移植DX12到Windows 7以支持《魔獸世界》更新，但僅是個例，不會影響主流3A遊戲在Windows 10上運行的格局。

　　遊戲們不需要知道使用了什麼硬件，那麼任何顯卡支持光線追蹤在理論上都是有可能的。但當視角換成硬件與DirectX API之間，卻沒有這麼簡單。微軟DXR雖然沒有明確硬件應該如何運作，但指明瞭硬件應該具備哪些特性，並允許廠商將函數功能以黑盒子硬件的方式實現，這套做法讓GPU廠商有了使用自己方式實現功能的可能性。

　　在DXR下，光線追蹤提供了兩種執行方案，分別是Compute-base Path和DXR API Path。顧名思義，Compute-base Path是在DXR框架下使用通用計算單元來進行光線追蹤。GeForce GTX 10系列就是利用這一套方式。

　　另外一套執行方案DXR API Path，則是使用DXR框架的硬件加速電路在GPU上執行光線追蹤，在GeForce RTX 20系列上，這套硬件加速電路就是RT Core。

　　無論哪一套執行方式，都會把光線追蹤拆分成三個動作，分別是：射線的生成，找出射線與場景物體交匯點的求交測試，以及對交匯點進行着色計算。其中，第二步求交測試是最耗時的操作，對於簡單場景來說，75%的耗時都花費在了光線和場景物體的求交計算上，在更復雜的場景中，這類操作的耗時會高達95%，求交計算的耗時與場景中涉及的物體數量直接相關。

　　這套技術最終迴歸到了玩家們都很清楚的道理：遊戲場景越複雜，光線追蹤操作越多，幀數越低。

　　因此如果要沒有RT Core加速的GeForce GTX 10系列實現光線追蹤，靠着色器硬抗不會有好結果。這時候，一套光線追蹤的分類方案就此誕生了。

　　光線追蹤的5套方案

　　將光線追蹤實現質量分級其實不太確切，事實上在接下來提到的5套光線運行模式中包含了對不同元素的取捨，並且可以相互疊加，最終實現不同效果的光線追蹤效果。

　　反射Reflections

　　通過實時光線追蹤完成對光源的單次反射，光線主要涉及到物體表面。全局BVH都會有所響應，以換取較爲逼真的光照效果。根據不同材質，算法上也會進行壓縮，以換取性能。

　　多說一句，BVH（Bounding Volume Hierarchy包圍盒層級）是實時光線追蹤技術採用的加速結構，簡單的說對物體進行逐一分類，並不斷層層遞進，最後具體到每一需要處理的三角形。

　　其實在離線渲染時代，開發者會建立一套鏡面模型，以實現單次反射效果，只不過相對實時光線追蹤會不太自然。

　　二次反射Advanced Reflections

　　真實世界中的自然光線是存在折射、反射和漫反射的。這也是實時光線追蹤要追求的真正效果。這是所有顯卡噩夢的開始，它不但包含全局BVH響應，每一個三角形之間還會考慮到折射、反射的效果。

　　從實際的遊戲和Demo證明，如果沒有RT Core運算，和Tensor Core進行DLSS加速，大多數顯卡流暢度難以得到保證。

　　全局光照Global Illumination

　　自然世界中，材質不同所產生的反射，漫反射效果也不會只有一個方向。全局光照將會體現出一道光源照射到物體後反射、折射、焦散等自然光效。配合二次光效，就是大多數顯卡噩夢中的噩夢。

　　陰影Shadows

　　由於光線漫反射，陰影也不可能只有一種亮度，它會考慮到數個光源以及光源類別，執行全局BVH。

　　環境光遮蔽Ambient Occlusion

　　實時光線追蹤技術中的環境光遮蔽會考慮到數個光源，以及局部BVH，主要目的仍然是改善場景中物體漏光、陰影不切實際等效果，並使得畫面更有層次感。

　　上述的5套方案之間可以單一選擇，也可以相互疊加，取決於遊戲對光源和特效的選擇方案，疊加越多，實現效果也解決自然。相反，屏蔽掉一定效果，讓GeForce GTX 10系列顯卡吃到實時光線追蹤的甜頭，也能讓實時光線追蹤技術有機會普及到更多遊戲中。

　　當然對於絕大多數玩家而言，將遊戲畫質設置交給GeForce Experience調整，免費獲得相對真實的自然光照效果，無論怎麼算都不會吃虧。