Epic 公司在 NVIDIA 的下一世代 GPU - Kepler 上運行撒瑪利亞人展示

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2012 年 3 月 7 日

作者Andrew Burnes

在去年的遊戲開發者大會 (Game Developers Conference) 上,Epic 遊戲公司令人瞠目結舌的 「撒瑪利亞人 (Samaritan)」 展示,讓眾人見識到下一世代的電玩遊戲繪圖技術。這個展示使用了先進的渲染技術,利用曲面細分及變形技巧;平滑的描繪出臉部特徵,並透過使用點光線的反射來建立真實街景,此外,透過使用背景虛擬化過濾器的微調輸出,就能複製最佳電影導演的工作,進而建立一個暗黑且設定在未來的世界。唯一的麻煩是必須在即時環境下,同時使用三個 GeForce GTX 580 才能完成此一展示。

今天在 GDC 2012 大會上, Epic 公司再度展示 「撒瑪利亞人 (Samaritan)」,但這次不同的是,不再使用三片 GeForce GTX 580,而是在一片 NVIDIA 下世代 GPU 繪圖卡上運行這個展示。

展示結束後,繪圖卡的答案揭曉,此次展示使用的繪圖卡,所搭載的就是萬眾矚目、NVIDIA 的「Kepler」GPU,也就是當前 Fermi GPU 的下一代接班人。雖然並沒有關於 Kepler 參數的進一步資訊,但是這個展示提供了一項很清晰的訊息,也就是,一般被視為在遙遠未來的遊戲產業中才能一瞥的「撒瑪利亞人 (Samaritan)」繪圖處理技術,事實上很可能在不久的將來,就可以在個人電腦上,透過單張下一代繪圖卡運作。

但是這個展示的成功執行,不僅是 Kepler 繪圖卡的功勞。同樣重要的還有快速近似反鋸齒法 (Fast Approximate Anti-Aliasing,FXAA) 的加持 ,這是 NVIDIA 公司為了改進已成功建立的多重採樣反鋸齒法 (Multi-Sample Anti-Aliasing : MSAA) ,進一步發展出來的反鋸齒技術,如今此種反鋸齒技術已普遍用於現今的電玩遊戲中。通常被用來將鋸齒邊緣平滑化及改善視覺真實度的反鋸齒技術,成為在「撒瑪利亞人 (Samaritan)」中,創造出令人難以置信景色的關鍵因素。

儘管多重採樣反鋸齒法 (MSAA) 的使用非常普及,但是負責與 Epic 公司合作實現快速近似反鋸齒法 (FXAA) 的 NVIDIA 資深研究科學家 Ignacio Llamas 說明指出:「因為「撒瑪利亞人 (Samaritan)」使用了延遲著色 (deferred shading) 技術,所以 MSAA 的使用對 GPU 來說則會是龐大的負擔」。藉由在最終著色之前,先將像素屬性寫入畫面下的渲染標的物,延遲著色技術可以執行複雜且真實的照明效果,這是許多遊戲引擎較常使用的照明技術 – 正向渲染 (forward rendering) 做不到的。但是這也有一些缺點: 第一就是渲染的標的物需要具有四倍的記憶體,這是因為它必須在每個像素內保持四個樣本的資訊;第二則是延遲著色的工作量也會增為四倍,因為有許多交錯幾何結構的像素面積。

「未啟用反鋸齒前,「撒瑪利亞人 (Samaritan)」的照明渲染需要使用 120MB 的 GPU 記憶體,而在啟用了四倍多重採樣反鋸齒法 (4x MSAA) 後,會使用將近 500MB 的記憶體,或可說是 GTX 580 可使用記憶體的三分之一。這將增加記憶體的壓力,要在 GPU 的可用繪圖記憶體容量內展示極端細緻的紋理,這是非常具挑戰性的任務,並且導致了分頁 (paging) 及 GPU 記憶體的抖動現象 (thrashing),因而有時會造成每秒顯示幀數下降。」

「快速近似反鋸齒法 (FXAA) 是一種以著色為基礎的反鋸齒技術,」然而,也正因為如此,「不需要額外的記憶體,所以較適合用於「撒瑪利亞人 (Samaritan)」這樣的延遲渲染。」透過這些釋放出來的記憶體,開發人員可以選擇將這些記憶體用於額外的紋理或是其他的細微物,或是更進一步增加繪圖的真實性。

快速近似反鋸齒法 (FXAA) 可以產生比四倍多重採樣反鋸齒法 (4x MSAA) 更為平順的梯度,這在「撒瑪利亞人 (Samaritan)」的展示中更是明顯。以下的互動式比較截圖顯示多重採樣反鋸齒法 (MSAA) 與等級三快速近似反鋸齒法 (FXAA 3) 之間,在反鋸齒品質方面的鮮明對比。


點擊 此處放大我們縮放過的 4x MSAA 與 FXAA 3 的比較, 以及點擊此處 可利用全螢幕 1280x720 像素觀看比較。

正如你可以看到的,快速近似反鋸齒法 (FXAA) 很明顯的較為平滑,特別是與場景中的背景照明放在一起對比時,更可以看到那些突出的鋸齒邊緣已經被消除掉了。


點擊 點擊此處放大第三種互動式比較截圖,來顯示「撒瑪利亞人 (Samaritan)」未使用反鋸齒及使用等級三快速近似反鋸齒法 (FXAA 3) 時的差異性。

若想要進一步瞭解更多有關「撒瑪利亞人 (Samaritan)」、「虛幻引擎 3」或是任何其他有關這個演示的資訊,請查看我們從 2011 年 5 月起針對 「撒瑪利亞人 (Samaritan)」所進行的深度探討

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