全新的 Dawn 在 Kepler GPU 上重生

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作者: James Wang
2012 年 6 月 5 日星期二


在 2002 年,NVIDIA 發表一款稱為 Dawn 的展示程式,旨在展現 GeForce FX 的處理能力及可程式化特性。這個展示塑造了一個仙女角色,她具有超凡的細膩程度、無縫的曲線,以及栩栩如生的臉部表情。在 NVIDIA 之前及之後所發表的許多展示中,Dawn 是最令人難忘的。這是業界第一次以即時技術打造出一個全動畫且令人信服的逼真角色。即使在今日,許多遊戲的角色細膩程度仍無法達到 Dawn 的水準。

十年時光過去,NVIDIA 把 Dawn 帶回來了,這次她現身在一個有著簡單名稱「全新的 Dawn (A New Dawn)」的展示程式中。全新的 Dawn 旨在展示最新世代的 Kepler GPU 所能實現的繪圖可能性。

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A New Dawn

最初發表的Dawn有許多優點,但是受限於當時的硬體條件,因此也採用了許多權宜之計。最明顯的例子之一,就是 Dawn 這位仙女並沒有真正的家。眾所周知,仙女總是住在神秘森林的深處,但是 Dawn 的家卻只是一個巨大的發光方塊貼圖,就只用一個六面紋理就交代了她所身處的環境。沒有樹可爬,沒有蜜蜂或蝴蝶可以一起玩耍。她是一個非常寂寞的仙女。

十年過去了,Dawn 終於找到了一個新家。在「全新 Dawn」中,展示不是從主角開始,而是從一處蓊鬱的雨林開始,沐浴在月光中的蕨類輕輕擺動, 古老的樹木上攀爬著藤蔓,朵朵花苞在周遭的樹皮上映照出柔和的光輝。隨著我們的主角進入畫面,我們看見她在充當新家的樹木上,正坐在一條藤蔓上晃蕩著。利用 DirectX 11 曲面細分技術進行渲染,樹木的細膩程度已達最高水準。最極致的是總共用了4百萬個三角形來呈現 Dawn 所處的環境,她看起來的確非常快樂。

另一個大幅改善之處是 Dawn 的頭髮。原本的 Dawn 已擁有一根根的頭髮,但是這些髮絲太少而且彼此的間隔太大了。僅有 1,700 根髮絲覆蓋在她的頭上,著色器僅針對鏡面反射效果建造模型。原始的 Dawn 的頭髮就像是上了大量髮膠一般,頭髮文風不動;GPU 所有的處理能力都用於渲染她的角色,使其儘可能逼真。 全新的 Dawn 的頭髮有了跳躍式的進展。拜 DirectX 11 曲面細分技術所賜, 她的頭髮已從稀疏的 1,700 根髮絲,進展至 4 萬綹柔軟頭髮。先進的著色技術讓她的秀髮可以擺脫烏黑的調色。雖然仍是採用褐黑色,但是你可以看到當她的髮絲在風中輕揚時,會反射及映照出來自周遭環境的光線。

由於髮絲非常細,導致鋸齒是一個大問題。傳統的反鋸齒方法在此處不太有效,這是由於一根髮絲通常比一個像素還小,因此無法被四點或其他採樣方式所拾取。為減輕這個問題的嚴重性,「全新的 Dawn」採用一個能讓頭髮滑順的著色器,它能檢查每一根髮絲,並順著梳理方向進行模糊處理,如此能讓頭髮看起來柔軟及滑順如絲,就好像她剛做完深度護髮走出淋浴間一般。

Dawn 的肌膚也經過全面整修。人類的皮膚是最難以模擬的材質之一。不像是其他只會吸光或透光的物體,人類的肌膚更像是 一大塊果凍,光線進入,會在各層皮膚和肌肉間流竄,然後自一個新方向折射而出。用來模擬此種複雜互動過程的技術被稱為次表面散射。

最初的 Dawn 展示使用了一種非常簡單但卻有效的技術,來模擬皮膚著色的一個層面,亦即邊緣照明 (rim lighting)。 此種方法是隔離角色的剪影,讓光線從角色的後方透出,形成一種半透明皮膚的錯覺。當暴露於強光下,此種方法在輪廓方面能呈現極佳的效果,但是在角色的其他部分就不太具有說服力。

「全新的 Dawn」採用複雜但效果極佳的次表面散射著色器,此著色器首先出現於 GeForce 7800 GTX 的 Luna 展示。為了聰明地管理工作負載,此新型皮膚著色器會根據表面的可見情況,動態選擇採樣的數量進行過濾。此著色器使用細節貼圖擷取精細的頭髮、凸塊及皮膚的缺陷。採用四種獨立的紋理描繪皮膚的泛油情況。

Dawn的新皮膚乍看之下並不令人驚豔,事實上,這才是不凡之處。皮膚看起來既不會太過有光澤,也不會過於黯淡。Dawn 的皮膚會巧妙地輝映照亮她的世界的三盞燈籠。皮膚並不引人注目,因為它就是如此地渾然天成。

「全新的 Dawn」還具有最新的後處理及電影渲染技術。透過 可變尺寸的焦外成像濾鏡可運算景深特效,此濾鏡可模擬六個光圈葉片的虛擬鏡頭。如此一來可以使得重點區域較為平順以及產生六角形的亮點。綻放光芒的花朵及閃耀的仙塵,則是使用電影色調映射法所渲染而來的,使它們在螢幕上展現出魔幻的光芒。最後,使用高品質的快速近似反鋸齒法 (FXAA) 將不必要的鋸齒現象予以消除。

原本的 Dawn 示範,是第一個實時顯現完全可靠地 3D 角色。接著 Nalu 的示範,則是增加了細節程度以及具體模擬的毛髮。Adrianne Curry 的示範,則是藉由皮膚的著色,推升了現實的極限。而最新的 Dawn 示範則是綜合了上述這些示範,也同樣綜合了過去十年在實時 3D 繪圖領域,所達成的技術及成就。它或許看起來沒有比以前好上十倍,但是從遊戲開發商的角度而言,它的執行上也確實較為可行了。 然而世上沒有不合理的取捨,就像這樣的把環境因素消除,而把所有 GPU 的能力用在單一角色上。最新的 Dawn 是居住在一個如同她本身一樣豐富且複雜的世界裡。讓我們期待很快會有遊戲能夠趕上她。

摘要

  Dawn 最新的 Dawn
環境 環境立方體貼圖 完全 3D 的環境,有著矮樹叢、樹林及活生生的藤蔓
環境複雜度 7,000 個三角形 4 百萬個三角形
皮膚 紋理貼圖
細節貼圖
邊緣照明
紋理貼圖
細節貼圖
皮膚油光反射貼圖
多層表面下散射
毛髮 1,700 根髮絲,靜態的。 40,000 根曲面細分的髮絲,具體且栩栩如生的。
光線 基於環境的照明 基於環境的照明
局部動態光線
陰影 透視陰影貼圖
螢幕空間環境光遮蔽
後製作處理 景深渲染
六角形焦外成像濾鏡
電影後製作處理
反鋸齒 快速近似反鋸齒法 (FXAA)
預設解析度 1024 x 768 1920 x 1080
硬體目標 GeForce FX 5800 Ultra GeForce GTX 670 SLI

系統需求

最新的 Dawn 示範是被開發用來展現 GeForce GTX 690 的效能。因此,我們建議採用兩片 GeForce GTX 600 系列的 GPU,如此方可得到最佳體驗。

  • GPU: GTX 670 SLI 或更高階
  • CPU: 2.5GHz 雙核心或更高階
  • 系統記憶體: 4GB
  • 硬碟空間: 1GB
  • 作業系統: Windows 7/Vista
最新的 Dawn 示範將在本月稍後,在 GeForce.com 網站發佈並可供下載。
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