3D渲染世界的物理革命!顯卡物理加速深度解析

　　大家或許有聽過處理器(CPU)、繪圖處理器(GPU)，但物理加速引擎大家或許沒聽過，而在2005年3月的「游戲開發者會議GDC」上就出現了這個新名詞它就是AGEIA公司在GDC2005游戲開發者大會上推出了物理處理器，被稱為05年度圖形領域的重大技術創新。隨著，兩（電腦沒聲音）大圖形芯片廠商NVIDIA、ATI也各自推出了基於GPU基礎之上物理加速技術……，那麼物理加速到底是什麼東東?它與傳統的GPU渲染方式有何不同之外?這就是今天我們所要探討的話題

　　一、什麼是物理加速技術?它能為我們帶來什麼?

　　在游戲中，特別是在3D游戲中，真實性往往是需要高標准的硬件設施才能達到的。在3D技術發展早期，圖形芯片只能完成常規的渲染操作，而關鍵的建模和光照運算必須以軟件模擬的方式由CPU來完成，而NVIDIA在1999年8月推出的一款具有革命意義的GeForce256芯片，它具有硬件T&L引擎，可獨自完成建模和光照運算，大大降低了CPU的負擔，顯卡的3D效能也獲得了突飛猛進的提升不過，盡管GPU的出現讓CPU負擔減輕，但除了工藝水平http://www.xsyzj.cn改進，頻率提升，管線堆疊之外，沒有真正實質性的變革，CPU仍需負責圖形相關的物理運算工作，依然采用沉悶的游戲渲染方式。正是在這種形勢下，一些公司提出物理加速的概念，讓我們看到一絲黎明前的曙光……

　　物理加速，顧名思義，專門進行模擬物理計算的處理運算，它是一個全新的硬件類別，它是用於溝通虛擬電子世界和普遍存在的物理真實，比如在游戲中，當你正駕駛坦克在不斷獲得一次次勝利，爭取更大戰果的時候，你卻被前面的一片灌木叢擋住了去路，這在真實世界，會有問題嗎?也許這樣的問題一提出，就會惹來一片噓聲:這還是游戲?物理加速技術就是要改變這一現狀。

　　眾所周知，目前每款重要的游戲大作後面都離不開最新顯卡技術的跟進、支持。nVIDIA在推出GeForce之時首先提出了顯卡首先提出了GPU的概念,GPU主要是分擔部分CPU的處理工作，有效減低了CPU的負擔，並可提供更好的視覺效果及品質。但有趣的是，隨著圖形內容的迅速膨脹，CPU在一些協調管理准備工作以及其他任務的需求也迅速增加，特別物理交互環境深度和質量的增長，將會帶來人工智能，游戲邏輯以及渲染的膨脹，GPU此時已經顯得有所力不從心。這是因為GPU在處理各種圖形計算的同時還要負責去運算這些物理變化，而GPU的運算性能在受到物理處理瓶頸時就會影響到其他的圖形處理效果，所以就會直接導致幀數的下降。而在大型的3D游戲中，為了使游戲的畫面更加的真實，開發小組就會在游戲中設計許多接近現實的物理計算，比如:自由落體，物體運動，空氣流動，力的反彈以及各種物體間碰撞等等。但是在傳統的計算機中，游戲的物理運算基本上是通過物理引擎加上CPU處理後的物理參數後再反饋到中游戲之中，這種方式往往在遇到大規模的物理運算時就會出現運算瓶頸，這也就造成了游戲中一旦出現大量物理運算時，幀數就會明顯下降。不知道各位喜愛玩顯卡和3D游戲的玩家記不記得，在3DMark 03測試軟件中有著一個測試場景，在一個樹木茂密的大自然中，陽光普照，有著河流和各種植物，十分漂亮。相信用3DMark 03測過顯卡性能的玩家一定都會記得吧。這一幅場景中，畫面由河流中轉入到岸上場景以後，相信大家就會發現幀數下降得非常利害，性能較好的顯卡大概可保持在每秒20～30幀左右，而普通的低端入門級顯卡就有些慘不忍睹了……這時就需要一個專門的物理處理引擎來接管這些物理計算任務。dsoftware Jhon Carmack曾表示說:“我們仍然在做一些很基礎瑣碎的事……未來的游戲將模擬天氣，模擬流體，模擬空氣中的粉塵……”，可以看出物理模擬的現實發展可行性和緊迫性。

　　

　　注:CPU、GPU和物理處理引擎的三角關系

　　理解三者關系的最好方法是理解他們是如何和游戲引擎交互的:CPU只考慮如何讓游戲對玩家作反應，就好象一個大管家一樣， 工作則重點是放在渲染質量方面、主要追求單純的視覺效果，而不是將運作效能放在第一位。物理加速則著重渲染效果的“真實性”，設計成考慮對象的運動以及和虛擬世界之間的互動。但是物理加速有著和GPU完全不同的內部構架，它往往擁有軟、固質體動力，泛用碰撞偵測，有限元素分析，流體動力，毛發模擬，布料模擬等技術特效，可以處理相當復雜的物理運算，而傳統的CPU和GPU在執行這些任務時往往無法獲得足夠好的效能。物理加速的這些處理技術和GPU是完全不同的兩（電腦沒聲音）個運算概念，因為物理運算需要十分強http://.大的整數及浮點運算能力，而將以上這些分離出來交由物理加速處理架構的最大優勢，這意味著未來3D運算也將從現有的CPU、GPU配合的方式變為CPU、物理加速處理和GPU三者的配合協作。廠商們所推出的物理加速的概念也是如此，它將原本使用軟件技術並透過CPU運算處理的物理反應計算再提取出來給專門負責物理運算的硬件、芯片來處理。在短期來看，CPU“綜合協調”，GPU“渲染、顯示”，“處理物理交互”，三者共同完成逼真的游戲體驗。　　

　　比如在模擬一個大石頭滾下山坡的場景時，現有的雙核心處理器只能處理800-1000塊石頭互相碰撞、反彈、急沖的景象，無法展現出更廣闊的場景。

　　可以說在短期，物理加速處理所帶來的最大變化將是游戲特效，因為以目前的GPU硬件技術，游戲開發者已經很難整合環境和其他元素，打個比方:一陣冷風吹過一片寂靜的，樹將隨風搖擺，數葉發出沙沙響聲，百葉窗發出被風吹打的巨響，修道士手拿火把穿過古墓，他的的長袍很真實的隨風擺動，女主角的所騎馬的尾巴也自然的擺動，當前面的城堡突然爆炸，飛濺出來的碎石沖倒街上的圍牆，這些特效將會讓游戲真實感上一個台階，同時基於物理模擬的視覺將會徹底改變此前單調乏味事先做的動畫效果。

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