近日，微軟正式發(fā)布了全新的API DX12終極版(DirectX 12 Ultimate)，在DirectX 12_1的基礎上位玩家們帶來了全新的光線追蹤(DirectX Raytracing 1.1)、可變速率著色(VRS)、網(wǎng)狀/網(wǎng)格著色器(Mesh)和采樣器反饋(Sampler Feedback)等新特性。
按照慣例，每一代DX都會預制在新一代Windows版本上：DX9對應Windows XP、DX12對應Windows10等，每一代DX的應用都會對推動各種多媒體應用的新特性發(fā)揮重要作用。
尤其是對于PC游戲來說，每一代DX的特性都是未來數(shù)年內(nèi)主流游戲技術發(fā)展的風向標。
在DX被應用在Xbox平臺后，開始打破PC平臺和游戲主機平臺之間的界限。
除了降低開發(fā)人員的移植成本外，可以更加有效地促進各種游戲效果新特性的普及，DX12終極版也將應用在XBox Seires X上。
而作為最高最高的核心技術光線追蹤，也將隨著新一世代游戲主機的發(fā)布而插上快速普及的翅膀。
下面，我們就一起來看看光線追蹤的現(xiàn)狀和DX12終極版對光追技術大規(guī)模普及的意義。
光線追蹤：從質疑到真香
英偉達(NVIDIA)在Gamescom2018大會上公布圖靈(Turing)架構顯卡后，原本在電影后期大規(guī)模使用的光線追蹤就成為游戲領域最受關注的新技術。
但由于需要專門的RT Core單元支持，只有英偉達的RTX系列顯卡可以實現(xiàn)實時光線追蹤渲染，加上初期支持光追的游戲數(shù)量不多，光追技術的發(fā)展曾經(jīng)不被人看好。
實時光線追蹤技術的最大意義是明顯提高游戲中的光影效果，從而提供更佳的游戲畫質，部分玩家一度認為光線追蹤其實只是一個傳統(tǒng)光效換個馬甲的“營銷套路”。
但實際上，RT光追比傳統(tǒng)提前渲染好的光線效果更為復雜，由于是根據(jù)光源位置進行實時物理渲染，玩家可以在游戲中獲得更接近真實世界的交互體驗。
舉個簡單的例子，在使用GPU光柵化技術時，我們在鏡面或者水面看到的鏡像都是提前渲染好的。
但如果能使用光線追蹤，你可以看到與現(xiàn)實世界一致的光線反射，看到的都是該場景下各個物體實時反射的畫面，除了畫面效果外也提供了更大的交互可能。
與光線追蹤技術在電影工業(yè)屆二十多年前就開始發(fā)展的道路相似，隨著硬件的跟進，特別是RTX2060這種“實惠”產(chǎn)品的出現(xiàn)。
加上前期優(yōu)化不足的3A大作紛紛通過補丁大幅度提高運算效能，配合DLSS（深度學習超級采樣）抗鋸齒的使用，光線追蹤進入到一個真正“能玩”的階段。
肉眼可見的畫面提升加上入門門檻的降低，已經(jīng)有越來越多人選擇升級硬件來體驗這項新技術。
DirectX 12終極版：讓開發(fā)商的開發(fā)門檻降低
踏入2020年，光線追蹤的硬件價格門檻已經(jīng)被RTX2060拉到接近2000元，在英偉達的雞血驅動和各個游戲的優(yōu)化補丁加持下，現(xiàn)在的RTX2060已經(jīng)可以獲得接近初期RTX2080的光追游戲體驗。
加上XBox Seires X和PS5兩款次時代主機先后官宣支持光線追蹤技術，雖然還有一定門檻，但硬件顯然已經(jīng)不是制約光追技術普及的最大門檻。
相較之下，游戲數(shù)量不足才是制約光線追蹤普及的最大因素，能用上該技術的游戲基本出自大型開發(fā)商之手，雖然保證了最終呈現(xiàn)效果的質量。
但由于游戲類型和數(shù)量的限制，加上不開啟光追的前提下這些游戲本身也有相當不俗的畫質表現(xiàn)，光線追蹤自然還無法成為玩家們的剛需。
而對于開發(fā)商來說，由于現(xiàn)在市面上支持光線追蹤的游戲平臺只有使用RTX顯卡的Windows主機，如今Steam上最熱門的顯卡還是GTX1060，在游戲開發(fā)中加入對光追的支持邊際收益并不高。
除此之外，光追在開發(fā)技術上的優(yōu)化不足也提高了開發(fā)成本。
目前能完整支持DX12終極版的顯卡：RTX全系列
恭喜RTX顯卡用戶，目前在售顯卡中只有圖靈架構的RTX顯卡能夠完整支持DX12終極版的全部新特性，因為RTX GPU本身就是圍繞著新API的技術指標而設計的。
當前的光追技術是微軟在2018年為DirectX 12引入的DirectX Raytracing(DXR1.0)，該版本的DXR在軟件特性上的支持還比較基礎。
它更多是圍繞著英偉達圖靈架構的硬件特性來設計，并沒有從游戲開發(fā)者角度去考慮如何實現(xiàn)光追，軟件設計上也不夠成熟，這也導致了開發(fā)者們目前仍需不斷通過補丁來優(yōu)化游戲體驗。
微軟在DirectX 12 Ultimate上的DXR1.1版本，加入了允許GPU直接調(diào)用光追、按需加載光線追蹤著色器和內(nèi)聯(lián)光線追蹤這三個重大改進，在提高光追效果的運行效率的同時也降低了開發(fā)者的開發(fā)難度。
允許GPU直接調(diào)用光追：
跑在GPU上面的著色器在DXR1.1中可以直接調(diào)用光線追蹤，而無需通過CPU來調(diào)用，這項功能有效提高自適應光線追蹤場景的硬件運行效率。
尤其是在需要利用著色器實現(xiàn)剔除、排序、分類和細化等操作的復雜場景中，今后的光線追蹤工作可以直接在GPU內(nèi)部完成，這也簡化了開發(fā)者們調(diào)用光追效果所需要完成的流程。
按需加載光線追蹤著色器：
當玩家在游戲場景中移動自身位置、游戲內(nèi)物件改變位置狀態(tài)的過程中，流動引擎可以根據(jù)此時的實際場景需求來加載新的光線追蹤著色器，減少不必要的渲染資源，從而提高處理過程的效率。
內(nèi)聯(lián)光線追蹤（Inline Raytracing）：
作為目前基于動態(tài)著色器實現(xiàn)光線追蹤的一種替代形式，大致可以理解為是一種經(jīng)過簡化的光線追蹤。
開發(fā)者在內(nèi)聯(lián)光線追蹤過程中將擁有有更大的控制權，并且可以在包括計算著色和像素著色階段的任意著色階段調(diào)用它，搭配基于動態(tài)著色器的傳統(tǒng)光線追蹤進行混合使用，可以更好地平衡性能表現(xiàn)與運行效果。
這三項技術由微軟、英偉達和AMD一同研發(fā)完成，經(jīng)過一年多的打磨，DXR1.1在軟硬件結合和技術成熟度上相較DXR1.0都有了較大的進步。
除此之外，DX12終極版還擁有可變速率著色(VRS)、網(wǎng)狀/網(wǎng)格著色器(Mesh)和采樣器反饋(Sampler Feedback)等新特性，游戲開發(fā)者將可以利用這些新特性更好地開發(fā)支持光追的游戲。
DX12終極版的優(yōu)化方向是提高開發(fā)者對硬件的控制力和提高總體計算效率，將首發(fā)搭載在Windows 10Version2004當中，也將集成在Xbox Series X這款次世代主機的系統(tǒng)底層。
英偉達現(xiàn)有的RTX系列顯卡和AMD年底推出的RDNA2架構將完整支持這些新特性，這對游戲開發(fā)者來說無疑是個好消息。
從本世代(PS4、Xbox One)開始，微軟和索尼在硬件層面(均采用x86架構)與PC已經(jīng)變得非常類似，這種趨勢降低了主機和PC游戲的跨平臺成本，軟件技術上的應用也更加同步。
游戲開發(fā)者們可以同時為多個平臺開發(fā)游戲，在新技術上的應用成本也變得更低，這也是這次DX12 Ultimate發(fā)布對光線追蹤技術普及最重要的意義。
主機游戲是絕大部分游戲開發(fā)商們利潤空間最大的市場，也引領著游戲技術的發(fā)展，它或許不是新技術最早的采用者，但優(yōu)化更佳的軟硬件可以讓它更好地使用各種新技術。
DX12終極版在軟件層面上對光追的優(yōu)化和以此讓主機加入對光追技術的支持，給使用該技術的游戲開發(fā)商們吃下了一顆定心丸：支持光線追蹤的游戲硬件將會大幅增加，開發(fā)難度也大幅降低。
軟件開發(fā)層面上的優(yōu)化除了可以降低大型開發(fā)商們的開發(fā)成本，也為獨立開發(fā)者使用這項新技術提供更多可能，不一定要3A大作才需要光追。
《我的世界》使用光追效果后畫面脫胎換骨的驚艷效果證明了光追技術擁有非常廣闊的應用前景，雖然光追技術肯定需要EA、暴雪和育碧等大廠來推動，但是數(shù)量更多的小型開發(fā)商更能推動該技術的大規(guī)模普及。
DX12終極版會加速光線追蹤的普及
參考歷代DirectX的普及過程，光線追蹤技術在硬件層面上的大規(guī)模普及幾乎是板上釘釘?shù)氖虑?，而DX12終極版在軟件層面上實打實的優(yōu)化，讓開發(fā)者可以更輕易地通過光追技術獲得立竿見影的游戲品質提高。
肯定有更多游戲開發(fā)者愿意在自己的作品中加入對光線追蹤的支持，這個軟件底層的更新最終將轉化為游戲數(shù)量的大提升，也將大大加快光追技術從硬件到游戲內(nèi)容全面普的速度。
微軟XBOX會否借光線追蹤彎道超車？
DX12是微軟自家的API，而且XBOX與PC的互通性也是有目共睹的了，本次DX12終極版的大改動無疑會給XBOX平臺增加不少優(yōu)勢，至少移植/開發(fā)光線追蹤新游戲的成本和難度都將遠低于PS平臺，微軟的這一殺手锏，會否動搖索尼PS的地位呢?
