DX11誰主沉浮？3DMark華麗背后的隱患
泡泡網顯卡頻道3月4日 在過去的數年中，我們經歷了數次具有革命性意義的DirectX版本升級，每一次的變換都帶給我們更絢爛的游戲畫面，都讓我們更接近渲染真實的終極目標。
尤其是DX10發(fā)布后，以Crysis為代表的FPS游戲畫面達到了巔峰，顯卡實時渲染出來的人物及風景效果足以媲美照片、CG動畫，甚至以前很多在電影特效制作中用到的方法，也可以實時渲染實現！
首款DX10游戲《失落星球》DX9對比DX10，犧牲一半速度，畫面改進有限
但DX10絕不是完美無暇的，雖然它是游戲畫質上的里程碑式更新，但僅僅一個問題就足以將其打入冷宮——過低的運行效率。當游戲開啟DX10模式后，性能下降幅度非?？鋸垼灾劣诋斈甑钠炫烇@卡GeForce 8800和Radeon HD2900都是全軍覆沒！
事實證明，架空硬件的引擎是不可取的，唯有充分利用有限的GPU資源，通過各種輔助技術最大化畫面表現力，才是圖形技術公司和游戲開發(fā)商首當其沖要解決的內容。
微軟認識到這一點以后果斷將重心集中在如何提升算法和效率上面，遲來的優(yōu)化，也是優(yōu)化，總比食古不化一條道走到黑強。
于是便有了版本號比較尷尬的DX10.1。
相比它雞肋的版本號，DX10.1更新內容其實不少，而且非常重要。雖然沒有和DX10一樣有什么革命性的改進（再革估計微軟的命就懸了），大部分內容都是提高GPU的資源利用率、將一些可選標準列為必須，其實不少項目DX10顯卡通過修改驅動就能實現。
實際上，DX10.1只不過是微軟的亡羊補牢，其目的非常明確，那就是盡可能的提高DX10的渲染效能，達到節(jié)約GPU資源的目的，而真正將這項光榮的任務發(fā)揚光大的卻是DirectX 11。
1. Tessellation：鑲嵌式細分曲面技術（下文做專門解析）
2. Multi-Threading：多線程處理（優(yōu)化多核CPU）
3. DirectCompute 11：計算著色器（提高后期處理效率）
4. ShaderModel 5.0：著色器模型5.0版（版本性能升級）
5. Texture Compression：紋理壓縮（兩種新的紋理壓縮格式）
事實上，DX11的五大關鍵特性里面基本都是專門為了優(yōu)化而生，說白了就是收拾DX10過于冒進而留下的爛攤子，旨在拉顯卡兄弟一把。而Tessellation才是真正能幫助游戲畫面更完美的核心更新，下面我們就來詳細說說它的妙處。
Tessellation有個中文名字叫“細分曲面”，因為它的工作原理基本靠插入大量新的頂點，讓模型的曲面更加細膩。
這樣一來，很多人認為Tessellation僅僅是將平面細分來算出細致的模型，事實上這個想法在曲面細分技術誕生之初是對的，但是現在最多只能說對了一半。
毫無方向的“曲面細分”，無助于提升畫質，只會鬧笑話
因為如果是這么簡單的話，Tessellation技術就沒有什么實際意義，舉個例子大家都會明白。由100個三角形組成的模型，還是免費的將它升級到100000個三角形，但是這個模型如果是個怪獸，我們不再需要圓滑，而是豐富可信的細節(jié)，這100000個多邊形能有什么作用？
Tessellation牛就牛在它是完全可編程的，換句話說，那就是隨機應變的——它提供了多種插值頂點位置的方法來創(chuàng)造各種曲面：
很多用戶都知道凹凸貼圖（Bump Mapping）、法線貼圖（Normal Mapping）等技術，可以通過貼圖的方式提升模型的細節(jié)。但是這些貼圖技術說白了只是在模型表面貼了一層涂料來欺騙我們的眼睛，物理模型本身形狀沒有任何變化。這樣做的結果就是，進行深度較大的視角偏移或者拉近觀看，很容易看出破綻。就算請了董卿去，最后終究是要露餡的。
相比之下，曲面細分就實誠的多了。
它可以讀取發(fā)現貼圖的信息，實現真實的頂點位移，直接對模型的外形產生影響，讓模型具備真實可信的細節(jié)。這個程序模塊有多復雜，我不得而知。但是結果就是，這些大量多邊形產生模型頂點位移對系統(tǒng)資源占用極小，甚至我們可以認為它的開銷是免費的。
如果你還沒聽明白，就看看上面這幅圖。
置換貼圖是通過一張黑白貼圖，通過顏色深淺的不同來確定對應的頂點的偏移量，控制曲面細分去產生新的頂點，制造出新的模型。
有了它，曲面細分終于可以大展拳腳了！
通過細分曲面新產生的大量新頂點都是實際存在的，也就是都有三維空間坐標，通過程序的控制，讓它再沒事位移一下也就不難了。
為什么要讓它位移呢？
因為擬真游戲追求的是逼真，而自然界不光是由固體組成，還有液體和氣體。
本來為了讓物理模型更加細致的一個技術，能用到這個份上，算是意外的驚喜了。
至于這個技術是怎么實現的我們也不用去鉆牛角尖了，總之那些工程師不是吃干飯的。至少研究DX11的那些不是。他們不滿足已有的成功，通過程序控制那些細分出來的頂點。這樣一來，就輕而易舉（希望微軟的技術開發(fā)小組看不懂中文）的實現了動態(tài)效果，比如說水面或者飄動的旗幟。
開啟曲面細分左右形成鮮明對比
照片級別渲染，幾乎可以以假亂真
通過Occean technology demo這個測試可以非常明顯的觀察到，打開曲面細分技術，海面將呈現出明顯不同的變化。特別是當級數提升后，海面的細節(jié)就變得極為豐富逼真。在曲面細分技術出來之前，這個效果是絕對不敢想象的。
當然也不是完全沒有，《Crysis》中，Crytek2引擎就采用了一種叫做Screen-Space Tessellation的技術，但歸根結蒂這也是曲面細分，從這方面講當年Crysis開發(fā)組可謂比微軟眼光要超前。
與流體表面相類似，通過曲面細分技術，我們還可以得到更加真實的其它物理運算效果。這就取決于你用什么去控制曲面細分了，如果加入重力函數，加入空氣流體特性函數，那飄揚的旗幟就是小菜一碟了。
同樣，因為上文說到曲面細分近似“免費”的性能，我們可以肆無忌憚的將其利用到極致，比如上圖中人類頭發(fā)的效果，它們都擁有了更自然順暢的飄動效果。這是因為，他們每根頭發(fā)都是獨立的模型！當然，是“免費”的，如果人工去做，那卡梅隆也負擔不起這個成本。
到這里大家知道為什么AMD和NVIDIA在真假DX11上干的那么起勁了吧，這個玩意的確有化腐朽為神奇的能力，也是DX11的“招牌動作”。
對于本次測試的高端顯卡，為了盡量避免處理器和內存出現性能瓶頸，測試平臺我們選擇了高端的i7 965+X58+三通道這樣的組合，內存使用了口碑不錯的CORSAIR（海盜船）DDR3 1600 6GB（2GB×3條）。
● 詳細配置如下表所示：
|
PCPOP.COM | |
|
硬 件 系 統(tǒng) 配 置 | |
|
處理器 |
Intel Core i7 965 |
|
（4核 / 8線程 / 133MHz*24=3.2GHz / 8MB緩存） | |
|
主 板 |
華碩 X58 |
|
（Intel X58+Realtek ALC889 8聲道音效芯片） | |
|
內 存 |
DDR3 1333 6GB（2GB×3條） |
|
(9-9-9-24-2T) | |
|
硬 盤 |
Seagate Barracuda 7200.12 SATA |
|
（1TB / 7200RPM / 32M緩存 / NTFS系統(tǒng)分區(qū)） | |
|
電 源 |
Tagan BZ1100W |
|
六路+12V聯合輸出功率960W，單路+12V最大電流20A | |
|
顯示器 |
ASUS |
|
（24英寸LCD / 1920*1200分辨率） | |
|
軟 件 系 統(tǒng) 配 置 | |
|
操作系統(tǒng) |
Microsoft windows7 |
|
（中文版 / 64BIT 旗艦版） | |
|
驅動 |
AMD 10-12_vista64_win7_64_dd_ccc_enu |
|
NV266.56_desktop_win7_winvista_64bit_english | |
|
游戲信息獲取 |
Fraps |
|
版本號3.1.2 | |
|
顯卡信息獲取 |
NVIDIA Insperctor |
|
版本號1.90 | |
|
處理器信息獲取 |
CPU-Z |
|
版本號1.53 | |
對于入門級的顯卡，這次測試選擇了中高端主流的Core i7 + P55平臺，性能并不輸給三通道X58平臺，價格便宜不少而且功耗發(fā)熱很低，而且不會讓人們顯卡有瓶頸產生。
軟件環(huán)境方面，本次測試依然采用Windows 7 x64操作系統(tǒng)，N卡測試采用NVIDIA的支持GTX 560 Ti的最新驅動266.56，A卡測試驅動則采用通過WHQL驗證的催化劑10.12。
《3DMark Vantage》從推出到現在已經很長時間了，從它的表現來看，沒有人懷疑它對DX10顯卡性能測試的權威性。因為這已經被很多游戲所印證。
軟件介紹：做為目前最為權威的性能測試軟件，3DMark Vantage在3D基準性能測試，可以全面準確的得出顯卡的真實性能，所以在歷次測試中都少不了它的加盟。3DMark Vantage所使用的全新引擎在DX10特效方面和《孤島危機》不相上下，但3DMark不是游戲，它不用考慮場景運行流暢度的問題，因此Vantage在特效的使用方面比Crysis更加大膽，“濫用”各種消耗資源的特效導致Vantage對顯卡的要求空前高漲。
畫面設置：3DMark Vantage中直接內置了四種模式，分別為Extreme（旗艦級）、High（高端級）、Performance（性能級）和Entry（入門級），只有在這四種模式下才能跑出總分，如果自定義模式就只能得到子項目分數了。我們此次測試選擇了Extreme（旗艦級）進行測試。
作為DX10時代的性能基準，3DmarkVantage的成績非常具有說服力。在很多玩家心中，它是衡量顯卡性能的最重要指標，沒有之一。
Tessellation如此重要，所以首款DX11測試程序——Heaven Benchmark中，幾乎所有的場景都是由Tessellation技術動態(tài)生成的，地圖中央的飛龍，和周圍凹凸不平的磚墻、石階和瓦片給人留下了深刻的印象。
游戲介紹：Unigine Engine率先發(fā)布了首款DX11測試/演示程序——Heaven Benchmark，其中大量運用了DX11新增的技術和指令，看來在新版3DMark11面世之前，Heaven將會是DX11性能測試的非常好的選擇。
Heaven Benchmark 1.0和2.0的Tessellation細分程度對比
在這幅圖中，大家注意觀察左側的墻壁（以及凸出石塊的陰影）、右側的臺階和下方的鵝卵石路，Tessellation技術生成的是實實在在的頂點和曲面，所有的巖石、臺階和石塊都是獨立存在，而不再是平面上的虛擬貼圖而已。
畫面設置：2.1版本進一步強化了Tessellation技術的應用，細分精度更高，畫面更上一層樓。
Heaven 2.1的測試過程比較漫長，總共有多達26個場景（視角），測試結果比較穩(wěn)定，誤差小。在開啟最高曲面細分效果以后，A卡遭遇瓶頸，全部淪陷。
在另一款標桿性DX11游戲《Stone Giant》中，通過曲面細分+置換貼圖達到了的畫質提升同樣非常顯著，整個場景的細節(jié)程度獲得大幅加強，讓畫面更加逼真。
游戲介紹：游戲引擎開發(fā)商BitSquid與游戲開發(fā)商Fatshark近日聯合公布了一個展示DX11強大技術的DEMO。這個名為《StoneGiant》（石巨人）的DEMO，可以讓玩家來測試自己PC顯卡的DX11性能。BitSquid Tech即將提供PC平臺的引擎，并且大概在今年第三季度將提供PS3和Xbox 360等其他平臺的引擎。
置換貼圖由于需要大量的頂點去進行位移，所以需要模型具備足夠數量的多邊形，而曲面細分做的事情也正是如此，這也就成為了它提升畫面質量的第二重作用。
畫面設置：StoneGiant是一款重量級的DX11測試軟件，之所以這么說是因為它大量使用了DX11的招牌特效：曲面細分和景深特效，可以讓顯卡的DX11性能表露無遺。進入之后可以選擇開啟關閉Tessellation以及DOF（DX11級別景深）進行測試，這兩項技術都十分消耗資源，尤其是同時打開時。其中Tessellation技術對畫質的改善最為明顯，測試時默認開啟Tessellation、打開DOF進行測試。
測試方法：游戲自帶Benchmark。
看得出來，A卡的“壓力”確實很大，DX11特效使用的越多，其表現就越差，這是架構使然，因為HD5000/6000中均只有一個曲面細分單元，已經很難滿足一些DX11游戲大量曲面細分的需要了。
游戲介紹：《科林麥克雷》系列游戲是為紀念去世的英國拉力賽車手科林·麥克雷(Colin McRae)而制作的，因此在游戲過程中不難見到許多麥克雷過往的身影。與一年一款的優(yōu)品系列賽車游戲不同，DiRT2距離前作已經兩年之久，目前《科林麥克雷：塵埃2》主機版早已上市，幾乎登陸所有的主機和掌機平臺、好評如潮，而PC版由于支持DX11的緣故，所以被延期數月。
水和賽車的力反饋互動
畫面設置：DIRT2堪稱DX11游戲代表作，DX11的五大關鍵特性在這款游戲中都有體現，但卻沒有得到大范圍的應用，都是點到為止。比如Tessellation主要體現在水洼和旗幟上，而賽車過程中也就那么幾處采用了該技術，因此這款DX11的要求并不高，特效全開的話中端顯卡都能跑動。
測試方法：游戲自帶Benchmark程序，會自動跑完一個固定的賽道，非常接近于真正玩游戲的模式，最后得出平均FPS和最小FPS。
塵埃2作為最早發(fā)布的DX11游戲之一，畫面表現非常出眾，在HD5000時代曾一度陪伴宣傳團隊，說它是A卡御用游戲也不為過。但時過境遷，當NVIDIA的DX11顯卡問世之后，塵埃2卻成了NVIDIA主場，實在是造物弄人。
3DMark11的測試重點是實時利用DX11 API更新和渲染復雜的游戲世界，通過六個不同測試環(huán)節(jié)得到一個綜合評分，藉此評判一套PC系統(tǒng)的基準性能水平。
● 3DMark 11的特色與亮點：
1、原生支持DirectX 11：基于原生DX11引擎，全面使用DX11 API的所有新特性，包括曲面細分、計算著色器、多線程。
2、原生支持64bit，保留32bit：原生64位編譯程序，獨立的32位、64位可執(zhí)行文件，并支持兼容模式。
3、全新測試場景：總計六個測試場景，包括四個圖形測試（其實是兩個場景）、一個物理測試、一個綜合測試，全面衡量GPU、CPU性能。
4、拋棄PhysX，使用Bullet物理引擎：拋棄封閉的NVIDIA PhysX而改用開源的Bullet專業(yè)物理庫，支持碰撞檢測、剛體、軟體，根據ZLib授權協議而免費使用。
● 3DMark 11 Extreme模式設置：
● 3DMark 11 Extreme模式成績：
不是道是3Dmark11為了兼顧目前依然服役的老游戲，還是對DX11的特效不屑一顧?？傊?Dmark11中，N卡全線產品前所未有的萎靡，和之前的表現判若兩人……
游戲介紹：《戰(zhàn)地：叛逆連隊2》（Battlefield: Bad Company 2），是EA DICE開發(fā)的一款第一人稱射擊游戲。開發(fā)商EA已經于本月2日正式同步發(fā)售了Xbox 360、PS3、PC版。該游戲是EA DICE開發(fā)的第9款“戰(zhàn)地”系列作品，也是《戰(zhàn)地：叛逆連隊》的直接續(xù)作，在繼承前作特性的基礎上，強化了多人聯機載具對戰(zhàn)和團隊合作元素的設定。游戲使用加強版的寒霜引擎，加入了建筑物框架破壞和物體分塊破壞的支持。
畫面設置：《叛逆聯隊2》雖然是款DX11游戲，霜寒引擎也是備受期待的DX11引擎，曾被ATI用來做Tessellation的技術展示。不過最新版本的對DX11的支持非常有限，僅僅是采用新指令集渲染HBAO特效而已，游戲會自動偵測顯卡的DX級別來選擇渲染模式。
測試方法：游戲不帶Benchmark，筆者選取了單人任務模式下的一段無需手動干涉的過場動畫進行測試，其中包括大量激烈的轟炸爆破激戰(zhàn)場面，完全可以反映真實的游戲性能。
作為一款DX11大作，叛逆連隊的畫面堪稱精美，而且游戲效率很高，開啟全部特效以后，高端顯卡還是可以流暢的運行這款游戲。但兩款入門級顯卡雖然調小分辨率，還是很難勝任，游戲不時會出現卡頓的情況。
DX11大作《地鐵2033》就使用了DX11級別的景深效果，清晰和虛化合理分配、主次分明，再搭配Tessellation技術的輔助，幾乎接近與電影的拍攝效果，看起來有種賞心悅目的感覺。但該游戲由于使用了太多尖端圖形技術，所以要求非?？量?。
游戲介紹：《地鐵2033》(Metro 2033)是俄羅斯工作室4A Games開發(fā)的一款新作，也是DX11游戲的新成員。該游戲的核心引擎是號稱自主全新研發(fā)的4A Engine，支持當今幾乎所有畫質技術，比如高分辨率紋理、GPU PhysX物理加速、硬件曲面細分、形態(tài)學抗鋸齒(MLAA)、并行計算景深、屏幕環(huán)境光遮蔽(SSAO)、次表面散射、視差貼圖、物體動態(tài)模糊等等。
開啟景深，模擬鏡頭感
畫面設置：《地鐵2033》雖然支持PhysX，但對CPU軟件加速支持的也很好，因此使用A卡玩游戲時并不會因PhysX效果而拖累性能。該游戲由于加入了太多的尖端技術導致要求非常BT，以至于我們都不敢開啟抗鋸齒進行測試，只是將游戲內置的效果調至最高。游戲自帶Benchmark，這段畫戰(zhàn)斗場景并不是很宏大，但已經讓高端顯卡不堪重負了。
測試說明：如果說是CRYSIS發(fā)動了DX10時代的顯卡危機，那地鐵2033無疑是DX11時代的顯卡殺手！地鐵2033幾乎支持當時可以采用的所有新技術，在畫面雕琢上大肆鋪張，全然不顧顯卡們的感受，和CRYSIS如出一轍。然而CRYSIS靠著特效的堆積和不錯的優(yōu)化，其驚艷絕倫的畫面和DX9C游戲拉開了距離，終究賺足了眼球；而地鐵則沒有這么好運了，畫面固然不差，BUG卻是很多，招來了大量的非議。
特效的濫用，超大的紋理和復雜的模型，也許4A Games本來就沒打算讓這款游戲流行。本次測試我們使用4AA抗鋸齒+全特效來考驗高端顯卡，而經過多款驅動的不懈優(yōu)化，現在中高端顯卡玩地鐵2033終于像是一款游戲而不是幻燈片或者別的什么了，但是離流暢還有距離。
《Lost Planet2》是一款具有光榮傳統(tǒng)的游戲大作，在DX10時代就以率先支持DX10技術而著稱，在DX11時代已然延續(xù)了對技術快速提供支持的風格，率先利用了DX11及曲面細分效果，使得游戲畫面再次獲得提升。
游戲介紹：《失落的星球2》的游戲舞臺是前作故事發(fā)生后十幾年之后經過溫暖化改變的EDN-3rd，這里將新增叢林等新場景，主人公也并非前作那樣為一人，而是以“雪賊”們不同的視點展開故事。
畫面設置：與前作相同，《失落的星球2》采用CAPCOM公司原創(chuàng)引擎MT Framework的最新版VER.2.0進行開發(fā)，游戲世界的表現將更加細致和美麗。而不僅僅是畫面上的進化，本作將會在前作玩家要求基礎上追加大量全新要素，新場景、新角色、新武器等自不必說，角色的動作也比前作更加豐富多彩。
測試方法：游戲自帶Benchmark，開啟全特效+4AA選擇B場景的BOSS戰(zhàn)，非常激烈過癮。
DX11（曲面細分）對于畫質的提升作用在真實游戲中得到驗證，但酣暢淋漓的游戲體驗除了速度外更需要速度加以保證。
這款游戲大量應用最新DX11特效，對顯卡要求果然不低，不過和地鐵2033等游戲相比，還算可以接受。
由育碧布加勒斯特開發(fā)的新一代DX11空戰(zhàn)大作——《鷹擊長空2》最近放出了這款游戲的測試程序，令玩家們總算初步體驗到了游戲的震撼效果。
《鷹擊長空2》是一款結合了擬真與空戰(zhàn)要素而成的模擬飛行游戲，玩家可駕駛多種高性能戰(zhàn)機，在高空中進行巡邏、護航、轟炸等任務。值得一提的是，游戲中的地面場景乃參考GeoEye衛(wèi)星空照圖所構建而成，這項游戲與現實生活的科技結合，讓玩家仿佛置身于戰(zhàn)機的駕駛艙內，逼真的地表風貌一覽無遺。
開啟曲面細分，遠山更加真實
《鷹擊長空2》中玩家不僅將投入到緊張刺激的空戰(zhàn)和投彈中，還將親自負責飛機的起飛和降落工作。E3大展上開發(fā)人員展示了飛機在航空母艦上起飛的過程?？瓷先?，起飛的過程和加速一樣容易，達到一定的速度，拉起左側的把手，使飛機起飛。估計整個操縱的難度也會隨著游戲的難度而增加，當選擇新增加的“真實情景”模式時，應該就更有挑戰(zhàn)性了。
這是一款非常受歡迎的空戰(zhàn)游戲，同時也是一款N卡支持非常完美的游戲，即使是最弱的GTX 460，在這款Benchmark測試中，表現也很出色。當然所有高端顯卡都可以流暢運行游戲。
從某種意義上說，游戲是顯卡的另一個生存環(huán)境。雖然之前HD5000系列取得了不錯的成績，但API新出之時，游戲廠商對DX11特效還是淺嘗輒止，更多的是利用了它紋理貼圖倍增的特性，用超大分辨率紋理，較多頂點模型來提高畫質。
這樣雖然可以最省事的實現高畫面，但隨著貼圖材質不斷放大，紋理定址與拾取任務就成倍增長，對顯卡性能壓力非常大。而把有限的晶體管浪費在負責定址和拾取紋理的TMU、ROP單元是極其不明智的。而且這種做法由于自身極限制約，終究無法實現完全逼真的視覺模擬，更沒有效率可言，注定沒有更多的空間發(fā)展。
用傳統(tǒng)貼圖的方法，顯然無法模擬這樣動態(tài)的水面
雖然某些場景也可以用人工創(chuàng)造的復雜原始模型+大塊材質貼圖實現逼真的場景，甚至個別情況下，一流的美工可以讓一些偽3D的場景比真3D場景更加養(yǎng)眼，但其中付出的人工成本則是非常巨大和不可再生的，孰優(yōu)孰劣顯而易見。
遺憾的是，千呼萬喚始出來的3Dmark11卻似乎并沒有考慮到這些。從測試成績我們看到，N卡無論是DX10基準測試，DX11軟件測試，還是主流的DX11游戲中，均表現出了不俗的實力，體現出了超強的曲面細分性能。但在3Dmark11中卻輸給了A卡，和其他多數測試軟件以及DX11游戲表現背道而馳！這不禁讓我們產生了疑問：我們默認奉為基準的3Dmark11，真能代表顯卡的游戲性能么？■<
關注我們
