虚幻4引擎 实时光追+DLSS场景测试

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光追和DLSS一直NVIDIA的重点宣传对象，但在大部分玩家的实际体验中，实际差距并不大，这主要是因为在游戏制作中，美工已经将可预料的光照系统模拟的非常逼真，与真实场景无异，所以自然区别不大。不过近日NVIDIA放出了一款基于虚幻4的RTX+DLSS场景测试软件，可抛开游戏美工的因素，再来对比效果。下面附上链接，感兴趣的朋友可以自行下载测试。（本文多图杀猫，含大量对比展示效果）

软件主界面

软件没有任何安装过程，直接打开即可运行，不过如果你是新电脑没有C++等必备程序，软件会自动进行安装。在进入软件后可以选择1080P或者2K分辨率，并且可以选择窗口或全屏的方式来运行，不过目前没有4K分辨率。

RTX ON

RTX OFF

进入场景后可以看到整体操作界面，【空格】键可快速选择开启和关闭所有效果，而且如果不手动调整时间条，整个场景的光线会按照时间流逝，从白天到黑夜来变化。在主场景中我们看到由于打开了DLSS功能，光追效果全开的帧数居然还要高出4帧。

01全局光照

首先来看第一种效果，全局光照。这是在光线追踪中较为高级的光线效果，既要考虑到场景中直接来自光源的光照，也要考虑经过场景中其他物体反射后的光照，打开该选项能够有效增强场景的真实感。

全局光照 开

全局光照 关

全局光照作为光线追踪中较难实现的效果，对于计算量有着非常高的要求，从上面的场景中可以明显看到，打开全局光照后，作为背景的柜子及箱子会受到绿色光线的影响，并且由于间接光照的效果，使得场景整体更明亮。同时由于房间外的阳光照射，柜子侧面会反射出太阳的暖光，只一个局部效果就可以将环境信息交代的很清楚，对比关闭全局光照来看，拟真程度更高。

全局光照 关

全局光照 开

如果上面实机演示的效果不明显，我们再来看这组图片。当我们看到第一张图的时候会感觉已经很逼真了，但是哪里怪怪的。而下图则加入了间接光源，在直接光源（阳光）照射不到的地方，得到了更好的亮度和细节表现，从而使整张渲染效果更具真实感。

没有灯光系统场景

只有直接光照的场景

最后我们抛掉所有干扰项来单独看全局光照，首先设置一个不带光照的基础场景，然后添加两个定向光源。在关闭全局光照后是上图的效果，只有直接光照，没有间接光照。

直接光照+间接光照 的场景

打开全局光照后，整个场景通过直接光照的反射，形成间接光照，进而照亮整间屋子，同时会产生间接阴影，让场景看起来更加真实。

全局光照+颜色扩散的场景

最后，间接光源的强度和颜色取决于光源与光照反射材质的基础颜色，如图中的纯红色球体，可以看到反射光照拾取红色球体的基础颜色来改变环境，这种颜色扩散，在使用高饱和度颜色处是最明显的，如果球体偏黑偏暗则会反射更少的光，因为较暗的颜色主要吸收光而不是反射光。

02光线追踪半透明

光线追踪半透明在游戏中并不常见，主要是设计师通常会避免此类物体出现，即使出现往往也只会给一个半透明材质，不会涉及到光追效果。

光线追踪半透明 开

光线追踪半透明 关

在同一个场景中，我们选择打开和关闭光线追踪半透明，可以发现关闭后原本应该半透明的玻璃材质变成一个发光物体。

日常中的折射

直觉上，大部分人会觉得反射和折射是相似的光学现象，但并非如此，折射除了涉及到光路的反向查询求交，还涉及了介质渲染，就像我们在水中插入一支笔，它在水下出现的位置一定会偏离于水上，这就是光线的折射。

还是以玻璃为例，我们实际上看到的玻璃背后的光线，是经历了两次折射和一次透射的，其中两次折射发生在两个介质面上（空气→玻璃；玻璃→空气），折射的角度取决于介质的相对折射率（相对折射率是指两种不同物质之间的绝对折射率的比值，只有真空的绝对折射率等于1）。

RTX效果全部打开中的玻璃杯

RTX效果全部关闭中的玻璃杯

透射则是由于介质内部并非真空，所以会选择性的吸收部分频率的光线，而吸收的比例又和介质本身的吸收率有关。除此之外，光线在材质中还会发生散射现象，而要物理正确的模拟散射，又又又需要材质内部浓度和材料分布的相关信息，可以说非常之复杂。

所以在之前的光栅化渲染中几乎不可能正确的模拟这一现象，而RTX光线追踪的出现确实让折射模拟成为了可能。光线追踪技术直接和光路绑定，并且逆转了物理过程，首先在两种材质交界的位置根据折射率生成对应方向的折射光线，然后根据材质本身的吸收率对光线进行吸收。简单来说就是以人眼（相机）出发来寻找光，并简化了一定步骤。

03光线追踪反射

光线追踪反射是光追的基础功能之一，它可以真实准确的在物体表面上反射出角落和相机后的场景。

光线追踪反射 开

光线追踪反射 关

作为当年光追宣传的重点效果，相信大家都还记得《战地5》那辆熊熊火焰旁边的黑色轿车，不过作为第一代产品《战地5》中的光追效果有点差强人意，锃亮的车漆和如同镜子般的水面着实有些违反常理。

RTX效果全部打开中的 反射效果

RTX效果全部关闭中的 反射效果

另外光追反射在游戏中确实是无处不在的，镜子只是最直观最明显的，其实还有很多不规则表面和带有粗糙度的材质都可以反射，比如上图中破碎的金属球，而这在光线追踪中实现起来要方便得多。

04RTX直接照明

RTXDI（RTX Direct Illumination）是目前大家还比较陌生的一项光追技术，不过这项技术原本也是主要为开发者而设计，它支持并加速了许多动态光源的直接照明和阴影的渲染。

RTX直接照明 开

RTX直接照明 关

举个例子，之前在RTX 30显卡发布会中，老黄演示了一段夜晚的Marbles场景，要知道在此前展示的技术中，即使是白天的Marbles场景都需要强大的算力才可以勉强运行。而夜晚则意味着更多灯光照明，以及更复杂的渲染。

夜晚中的Marbles

RTXDI利用光线跟踪的能力来消除传统光栅化管道中常见的限制，不必受限于光的复杂性或阴影贴图的成本。场景中的所有灯光都可以动态移动、打开和关闭、更改颜色以及投射正确的阴影和照明。

手动发射的光源也被实时计算

若要启用灯光，将发射率添加到曲面的材质属性中就可以了。因此，照明的复杂性就很大程度上不会影响性能了， RTXDI就可以无缝地从一盏灯扩展到数百万盏灯。而在这一段demo场景中，用户也可以手动发射光源，而这全都被实时计算，并且对于帧数几乎没有任何影响。

05DLSS及其他画面对比

下面再给大家放几个对比效果的截图，整体来说这款demo版本的场景已经比较完善了，另外我们场景的测试显卡为影驰GeForce RTX 3080 GAMER OC显卡，作为当今的旗舰显卡在性能上着实狂暴，在默认场景中RTX+DLSS整体打开的情况下约为90帧，RTX+DLSS整体关闭的情况下约为86帧，不过遇到光源或RTX效果较复杂的场景会有所降低。

另外在镜子面前，笔者将DLSS打开和关闭也做了对比，帧数为63和24，可见DLSS的强大之处，但在demo中对DLSS级别未作说明，推测为性能模式，画质这里也进行了对比。

DLSS画质对比（点击图片查看大图）

首先在镜子中的反射，可以看到打开DLSS后画面更模糊一些，整体质量有明显下降，推测可能是因为涉及到二次光追反射，在进行AI处理后让画质有了明显下降。

DLSS画质对比（点击图片查看大图）

而在整体场景中，我们可以看到远处木质结构的纹理，在打开DLSS后明显更清晰，所以综合来看，DLSS对于整体场景的帧数提升效果显著，并且经过AI处理后，部分区域的画质有所提升。

这款软件的场景还是非常有意思的，并且里边还有小彩蛋，如果你手中有RTX系列的显卡不妨亲自测试一下。尤其是刚进入场景后，屋外的阳光会模拟出一天的时间变化，非常梦幻。

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