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实时渲染的时代真的要来了吗?

作者:小雷
前言

  在2002年,显卡的性能得到了极大的发展,首先是AGP8X在显卡接口上的引入,使得显卡和处理器在数据传输的带宽上得到了成倍的增加,达到了2.1Gb/s,此外,一些3D性能极其强大的GPU也随着显卡巨头ATI和nVIDIA的竞争不断被发布,如ATI的Radeon9700 pro以及nVIDIA的Geforce FX,都支持微软最新一代DirectX 9.0。其中,nVIDIA的Geforce FX更是由于CineFX架构的采用,号称可以支持实时渲染,那么实时渲染对于我们的应用会产生什么影响呢?实时渲染的时代真的要来了吗?

nVIDIA:CineFX架构使实时渲染成为可能

  Geforce FX并不是GeForce4的高频版本,而是图形处理技术上再次出现的不寻常的飞跃,在顶点着色、像素着色都有一些新的改善,其实这些改善都来自Geforce FX全新的架构——“CineFX”,从而实现高速的实时渲染以及可编程控制与更高的数字精度。


(点击放大)


NV30渲染效果

  nVIDIA的CineFX架构,让PC图形实时渲染具有电影般的效果。实时的硬件加速,为游戏带来许多特殊的效果,还使编程变得更容易和简便。结合高级的Cg编程语言,开创实时渲染的先河,其关键特性有:

可编程性:顶点和像素处理的灵活指令。
高精度:64位和128位色彩,可以消除色块和错误处理,增加特效的范围和强度。
实时渲染
高级语言构造:开发程序变得更容易,提供高级语言的便利性,以及代码的重复利用率。

  以上特性,都能让我们看到更真实的阴影和光线、更逼真活泼的角色,再配合其它效果,可以生成虚拟真实般的场景。

  电影级特效需要灵活的控制,必须快速处理每个顶点和像素,才能保证实时渲染的速度。CineFX架构管道,通过扩展了指令集到整个管道中,提高了程序流的灵活性以及工作效率。

ATI:Radeon9700 pro实时渲染同样声色俱佳

  其实实时渲染也并不是CineFX的专利,虽然随着Geforce FX的推出,还未正式上市的Geforce FX得到了更多的关注与期待,似乎性能最强的显卡非Geforce FX莫属,但是我们也不能忽视,Geforce FX强劲的对手Radeon9700 pro,这款同样支持DirectX 9.0的显卡也能够实现电影和游戏的实施渲染,并且声色俱佳。在Radeon 9700 pro的实施渲染展示中,我们也可以看出Radeon 9700 pro强大的渲染能力。


汽车渲染,使用DirectX9.0的像素着色技术,模拟双色调光的反射和折射,显示出Radeon9700的高精度渲染。


“自然光照渲染”——显示合成物体的自然光照,显示Radeon 9700复制大动态范围图形的高精度浮点运算。


表现了实时动态的毛皮渲染

实时渲染:真正意义上的3D


  相对于预渲染来说,实时渲染才是真正意义上的“全3D”,游戏场景中的所有角色、物体都是由3D建模并实时渲染而成。与预渲染技术相比,它的优点是给玩家带来全3D的虚拟世界,提供更为逼真的视觉感受以及变化无穷的真实感,缺点是对图形处理系统的性能要求较高。而预渲染技术通常用于生成那些很难或没有必要利用实时技术渲染的复杂场景,这些场景通过强大的工作站预先建模并渲染而成,保存为可被游戏读取的格式。尽管这些场景看上去很美,但它实际只是一幅2D画面而已,你无法感受其中的变化无穷。

未来发展趋势——可编程高级语言

  目前GPU的性能已经发展到一个相当的高度,配合可编程语言,显卡已经具备了实时渲染的能力。目前可编程语言在GPU上也得到应用,nVIDIA的Cg语言与ATI的RenderMonkey渲染猴子都意味着图形的编程不需要再停留在更偏向低级语言的阶段,另外3DLabs也会推出自已一套的图形编程语言,各家的图形编程语言都专门针对自家显卡硬件上的Shader部分做了指令的简化代码与操作的优化工作,使得实施渲染的实现更加简单与高效率。至于哪一种会被广泛接受,又或者这三种语言是否存在通用性还有待市场的考验。不过就显卡的占有率以及nVIDIA在图形处理芯片领域的影响力,未来nVIDIA的Cg语言前景似乎显得更为光明。

  “Cg已经得到了赢得了业界的广泛支持,包括从游戏开发商到数字内容创建者,”NVIDIA首席执行官黄仁勋说道,“对于计算机图形行业而言,Cg是一个重要的里程碑,因为它使实时3D图形编程向电影渲染编程模式迈进了一大步。Cg将大大加快更趋复杂和激动人心的图形功能被采用的速度。Cg对GPU而言将起到C和C++对CPU所起的作用。”

实时渲染:游戏还是设计?

  尽管显卡发展很迅速,但并不能完全代替微处理器和软件的高质量渲染工作,也难以生成电影级的产品。那些复杂和高精度的画面,只在专业工作室中制作出来,成了实时3D与电影CG(Computer Graphics,计算机动画)的最大分界线。因此,显卡厂商不断以电影CG为目标,在GeForce 2时代,nVidia已经提出实时像素级动画的概念,可惜那时的速度不足,80万/秒的计算,比专业图形工作的CPU渲染还要慢,此外,Radeon9700 pro以及Geforce FX并非针对专业3D设计人员所设计,其目标市场主要还是游戏玩家。

  因此,目前显卡厂商宣称的实时渲染主要还是针对游戏与电影CG等娱乐方面,并非针对专业三维设计,在专业设计方面还并不能完全取代专业图形工作站。

  但是,不可否认的是,随着显卡性能的发展,实时渲染将会在电影CG以及游戏中得到广泛的应用。实时渲染的引入,将会给我们带来更为逼真的场景与3D效果。ATI的Radeon9700 pro以及nVIDIA的Geforce FX都是第一代进行电影级渲染的产品,尽管他们未能实时渲染电影中所有的效果和场景中的每个细节,但可以递送极为吸引的图形效果,它最重要的特点在于实时处理能力,对于游戏爱好者来说,这些显示芯片可以达到的效果已经是极为真实了。

总结

  随着新一代显卡入Radeon9700 pro以及Geforce FX的出现,显卡性能的大大提升,并且可编程高级语言对简化编程提高效率具有极其重要的意义,也使得在电影CG以及游戏领域的实时渲染成为可能,并且随着显卡性能的发展,电影CG以及游戏实时渲染时代将会很快到来,届时,游戏设计者将可以很好的利用可编程高级语言,大大提高软件开发的效率,从而高效率开发更多实时渲染的游戏软件,给游戏玩家带来更逼真的场景与3D效果。
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