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专业显卡技术分析

时间:2008-12-18 12:53来源: 作者: 点击:
  近年来图形卡产品有了爆炸式的增长,专业图形卡产品和娱乐图形卡产品的界限越来越模糊。许多DIYer通过RivaTuner等工具轻易的修改Geforce为Quadro、修改Radeon为FireGL。但是这样的修改并没有使得专业图形卡的价格有所下降,专业图形卡的价格依然几倍于娱乐图形卡。

  近年来图形卡产品有了爆炸式的增长,专业图形卡产品和娱乐图形卡产品的界限越来越模糊。许多DIYer通过RivaTuner等工具轻易的修改Geforce为Quadro、修改Radeon为FireGL。但是这样的修改并没有使得专业图形卡的价格有所下降,专业图形卡的价格依然几倍于娱乐图形卡。即便是Quadro和Geforce有如此亲近的血缘关系,两者的价格依然是天渊之别。

  有DIYer认为将Geforce通过各种软件修改为Quadro就能得到一张专业的图形卡,这张修改来的图形卡在OpenGL方面的表现的确有了明显的提升。但这就是专用图形卡的全部吗?答案绝对是否定的。要弄清楚专业图形卡和娱乐图形卡的区别,我们首先需要了解专业图形卡究竟能干些什么事情。

  还有人认为如果拥有一片专业图形卡,那在运行3ds Max、Maya、Softimage XSI等DCC类软件时的速度将会大大提升、最终渲染时间也将极大缩短。但是当他们花了几万元买来一片专业图形卡的时候,他们会发现这些软件的最终渲染时间并没有减少。事实上现阶段专业图形卡最大的作用依然是加快DCC类软件的创作速度——无论是Quadro还是Wildcat,他们都着重于加速Maya、Softimage XSI等软件在建模、贴图、光照时候的视口工作区(Viewport)预览速度。面对复杂的场景时,往往拖动一下鼠标、画一条直线都需要系统耗费大量时间来重新绘制预览工作区,这样整个创作过程就会变得极端低效。一旦你有了这些专业图形卡,再次打开复杂的场景进行编辑修改时他们将会以实时的速度给你提供预览,而不必冗长的等待。

  既然专业图形卡能加速DCC类软件的预览速度,为啥他们面对最终渲染时表现却那么强差人意呢?这个问题的答案正在不断变化。2001年时,几乎所有的好莱坞特效/3D制作室都认为对最终渲染进行硬件加速的结果将是灾难性的。这是因为当时的专业图形卡的可编程能力非常弱,渲染出来的结果往往和预计有着明显的差异。而到了今天,在新一轮统计中众多的好莱坞工作室越来越多的在某些场景中使用硬件加速渲染。这几年来随着GPU可编程能力的不断提升,GPU终于也能渲染出和CPU软件渲染媲美的最终效果了,而前者的速度却是后者的几百倍甚至上万倍。


根据标准卫星数据绘制的可视化模拟地图



除了GPU可编程性能的提升外,各类3D软件对于硬件的支持也越来越成熟。其中低端的3ds max在6.0内已经引入了DX9 Shader加速预览Plug-in,到了3ds max7则将这个功能彻底加强。中端市场的Maya从5.0开始加入了对硬件加速预览的支持,到了Maya 6.0时更是能够提供多种硬件加速预览、加速最终渲染的配置和方案。至于电影级3D软件的王者Softimage XSI在3.0的时候对于硬件的支持已经非常领先了,在进化到4.0之后用硬件加速最终渲染的结果已经能和CPU Scanline软件渲染相提并论。一旦OpenGL 2.0得到全面的应用,这些软件对于硬件的支持将会更进一步。

  GPU在进步、软件在进步,但专业图形卡在DCC类软件中依然有着不可逾越的界限。熟悉3D DCC类软件的朋友应该知道新版本的3D DCC软件往往包含3种渲染技术,他们分别是最为古老的Scanline算法(扫描线算法)、Global Illumination(全局照明,包含Ray Trace,光线追踪算法、Radiosity,光能传递或者叫做辐射度算法)和最新引入的硬件渲染。事实上硬件渲染也是基于Scanline的。(下页将会有关于这些名词的解析)

  然而,在日常应用中GI的优势已经越来越明显,许多设计师也更倾向于使用GI类渲染器来完成他们的工作。由于Ray Trace算法和Radiosity算法包含大量的有限元分析计算和迭代,传统的GPU对此毫无办法,更遑论加速了。直到现在,用GPU加速GI类计算依然处于实验室阶段。在今年的SIGGRAPH 05中德国Sarrland大学展示了能够实时加速GI类计算的硬件SaarCOR的可运行版本。其相关论文在2002年SIGGRAPH会议上已经发表,由此可见开发难度。


由4个FPGA组成的SaarCOR系统(图中尚有2个FPGA空位


 


由SaarCOR进行实时渲染的Quake3光线追踪版引擎绘制的画面(注意看水壶上的光线反射场景)


  不要以为专业图形卡就只能画画3D图形,事实上他们的用处远远超过你的想象。现代科学研究中根本无法离开专业图形卡的帮助,专业图形卡能够对可视化计算进行加速、能够绘制卫星地图、能够绘制3D热源分布图甚至是进行模拟装配和流体力学计算。通过一定的算法,专业图形卡甚至还能加速声音的可视化处理(这也是General Purpose GPU项目的研究目标)。我们熟悉的美军M1A1坦克、F22战斗机上就装配有NVIDIA Quadro图形芯片,配合Wind River实时操作系统进行卫星地图的绘制和目标锁定识别瞄准。


Quantum3D和美军合作开发的地形匹配锁定瞄准系统


 


热成像渲染

(责任编辑:admin)

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