让游戏触摸现实:NVIDIA PhysX物理加速技术探究

文章正文
发布时间:2024-09-12 13:17

1前言:3D游戏亟需更好的互动性

前言:3D游戏亟需更好的互动性

  游戏不仅是玩家最喜欢的人机互动题材,更是PC性能提升的催化剂。大型3D游戏对PC性能有着如饥似渴的需求,游戏对硬件不断上演着性能杀手角色,促进着显卡、CPU运算性能的飞速提升。短短几年时间,游戏的建模精度、画面、特效就已经达到了“电影级”效果,给玩家带来了一个精彩的虚拟3D世界。

sdg


游戏为玩家带来了一个精彩的虚拟3D世界

  但是,这个虚拟世界虽然精彩,却远未达到“乱真”级别。随着大家的游戏资历日渐增多,很多人都发现了另外一种现象:游戏虽然画面越来越逼真,但这事实上却都是事先建好的场景模型,所有的物体都只是贴图而已。树上的叶子仍然不会拂动;小小的一片深草丛,居然能把一辆坦克挡住;炸弹剧烈的爆炸后,弹坑旁边残破的墙垣依然完好。诸如此类的现象在游戏中司空见惯,3D场景虽然生动,却不互动。3D加速技术只是将现实学了个“形似”。

AMD Radeon HD6990


没有物理引擎,最先进的DX11画面其实业只是静止的贴图

  3D技术自诞生之日起所肩负的使命与期望,就注定了3D场景不可永远如此空洞且乏味。要想让3D场景“活”起来,就必须如上帝造人一般,为它注入“生气”。 而现在看来,这个拯救3D技术于乏味的技术,正是游戏物理技术。由于3D技术的需求,物理加速技术应运而生,担负起了自己的历史使命。

NVIDIA PhysX物理加速技术


物理技术被寄望让“电影级”渲染画面“活”起来

  不同于以往渲染技术上的进步,虚拟3D世界中物理技术的目标,不是画面更绚丽,而是要让3D世界“活”起来,赋予其灵气。物理加速技术的最终目标,就是要让所有的场景都真正具备“自然”的交互属性,达到对现实世界最大程度的模拟。物体碰撞、爆破,建筑物倒塌,微风吹拂下水面的波动、树木枝条的荡漾等等都要看上去真实而自然。

NVIDIA PhysX物理加速技术


物理技术让游戏与玩家更加互动

  “物理加速”这一观念提出距今已经有六七个年头,目前正在逐渐走入实用,现在,物理引擎在游戏中的应用已经越来越广泛,几乎所有的正在开发中的大作都把物理加速支持列入了设计规划之中。世界上第一颗专用物理处理器(PPU):Ageia PhysX诞生于2007年,Ageia公司借此迅速成为充满创意的业界新星,进入了众多IT巨头的收购范围之内。

sfa


NVIDIA收购Ageia,为GeForce显卡海量CUDA运算带来用武之地

  2008年2月,NVIDIA最终成功收购Ageia公司,这一今天看来极具长远战略眼光的决定,让NVIDIA显卡获得了一个极大的用武之地:借助GPU几百个CUDA通用运算核心惊人的运算能力,实现PhysX物理加速运算,为GeForce显卡、为3D游戏带来业界最成熟、最真实、最受认可的物理加速技术。>>

2GeForce显卡融合PhysX物理技术

NVIDIA GeForce显卡融合PhysX物理加速技术:

  随着3D技术的发展,GPU变得越来越强大。NVIDIA GTX580显卡采用的GF110显示核心,已经具备512个CUDA通用运算核心,芯片内晶体管数量达到了30亿个的恐怖规模,在核心规模、通用运算能力上已经远远超越了CPU。如此强大的运算能力如果只是作为3D处理使用就太浪费了,因此NVIDIA GeForce系列显卡采用的CUDA架构(Compute Unified Device Architecture,统一计算设备架构),使显卡在图形运算之余,还可以从事通用逻辑运算。

ad


NVIDIA GeForce系列显卡的CUDA通用运算助力分布式科学运算

  从2007年的G80显示核心开始,NVIDIA显卡开始支持CUDA技术,至今CUDA运算技术已经在科学运算、超级计算机构建等领域发挥了巨大的作用,去年我国研发的运算能力居全球首位的超级计算机:天河一号,核心运算芯片就大量采用了NVIDIA CUDA GPU。

dfb


天河一号超级计算机的一个NVIDIA GPU运算结点

  收购Ageia后,NVIDIA就迅速将PhysX物理加速技术移植进自家的GeForce GPU之中,利用GPU的强大运算能力进行物理加速运算。这样一来,CUDA就获得一个极有前途的用武之地,这就是从事物理加速运算,执行PPU功能。并且CUDA架构也很便于进行这方面的运算。

fsf


NVIDIA GeForce显卡驱动程序中已经包含了PhysX驱动,支持物理加速

  鉴于GeForce显卡广阔的市场占有率,NVIDIA的这一设想迅速得到了无数人的响应和关注。并且从GeForce和PhysX驱动的发布情况上看,这一设想实际执行起来难度也不是很大。当前,NVIDIA GeForce系列显卡的驱动程序中已经包含了PhysX物理加速驱动,支持物理的游戏,可以直接借助GeForce显卡展现出物理交互的强大魅力。

NVIDIA PhysX物理加速技术


NVIDIA GeForce显卡可以在物理游戏中获得强大的交互能力

  在支持PhysX物理加速的游戏中,NVIDIA GeForce显卡可以实现非常逼真的虚拟3D世界,游戏中的场景是可破坏的,实时的风力、天气、粒子、重力系统,为游戏带来了更加逼真的体验,让游戏中的玩家宛若触摸到了现实世界一般。

3测试平台/3DMark Vantage测试

显卡测试平台和方法说明:

  接下来我们安排了一个游戏实际测试环节,并且我们选用的显卡是NVIDIA在当前国内市场上最热卖的GTX550Ti,这款显卡报价899元,很适合主力游戏玩家,竞争对手是999元的HD6790、899元的HD6770。在正式测试之前,先让我们一起来看看与这次评测有关的相关评测平台和评测方法。

硬件平台

 

CPU

 

Intel Core i7 975 (133×25=3.33GHz 8MB L3 Cache)

 

主板

 

技嘉G1-Killer X58

 

内存

 

宇瞻 DDR3 1333 2GB×3 (8-8-8-24)

 

硬盘

 

日立 1T SATA-II 32M

 

显卡

 

NVIDIA GeForce GTX550Ti (940/4300MHz,1G GDDR5)
AMD Radeon HD 6790 (840/4200MHz,1024MB GDDR5)
AMD Radeon HD 6770 (850/4800MHz,1024MB GDDR5)

 

软件平台

 

系统软件

 

Windows 7 64位旗舰版+DirectX 11

 

驱动程序

 

AMD 催化剂 11.6 FOR Windows 7 64bit
NVIDIA ForceWare 275.66 FOR Windows 7 64bit

 

评测软件

 

DX10:
3DMark Vantage
鹰击长空
DX11:
地铁2033
蝙蝠侠:阿甘疯人院
失落星球2

 

  在平台方面我们采用了顶级的X58+Core i7 975平台来抵消整机性能对显卡性能发挥的瓶颈影响。我们选用的测试分辨率为1920×1080 4AA与1920×1080 0AA,画质全部为高并安装了最新的A/N卡驱动,其中N卡驱动为最新的275.66版,而A卡驱动为AMD官方提供的11.6版本。测试游戏画质为高。

DX10理论性能测试:3DMark Vantage

  3DMark Vantage是一款完全针对DirectX 10开发的测试软件,只提供DX10的API,因此DX9的显卡就无缘测试了,而3DMark Vantage较权威地得出显卡的DX10性能,对于消费者了解显卡的理论性能有一定的指导意义。而3DMARK Vantage提供了4个等级的标准设置,分别是Entry(入门级别),Performance(性能级别),High(高端级别)和Extreme(极致级别)。根据本次测试显卡的定位,我们选择Extreme(性能级别)对显卡进行测试。

图片


测试画面

测试成绩: 

asc


3DMark Vantage测试成绩

  在3DMark Vantage DX10 测试中,在Extreme模式下,GTX550Ti显卡领先HD6790成绩100多分,相对于HD6770,GTX550Ti已经占据13%优势,性能优势主要得益于物理加速运算项目。

4蝙蝠侠:阿甘疯人院测试

DX11 PhysX游戏《蝙蝠侠:阿甘疯人院》测试

  《蝙蝠侠:阿甘疯人院》支持NVIDIA PhysX技术,提供超逼真的临场体验,加上游戏中充满高度互动性的物件,带领玩家进入蝙蝠侠在纽约市罪犯精神病院中的惊险搏斗。其中NVIDIA GPU的著色处理效能在游戏场景中创造了各种拥有物理互动反应的物件,这不仅让游戏的画面更精采,更可使游戏世界充满真实感和临场体验。

sdac


《蝙蝠侠:阿甘疯人院》

  由于AMD显卡在游戏《蝙蝠侠:阿甘疯人院》中不能开启AA,因此在这次测试中我们没有取得AMD显卡相关的准确测试数据。NVIDIA与游戏厂商合作使得PhysX游戏逐渐成为主流的一部分,AMD显卡在这部分游戏往往只能取得很低的帧数。

测试成绩: 

asc


《蝙蝠侠:阿甘疯人院》测试成绩

  PhysX物理加速技术是N卡的一大优势,并且PhysX技术也的确是一项很有新意的游戏性突破。在《蝙蝠侠:阿甘疯人院》中,在开启物理加速、开启4xAA后速度后,GTX550Ti依然很流畅。而两款A卡由于不支持PhysX物理加速,因此性能遇到了瓶颈。

5地铁2033测试

DX11游戏《地铁2033》测试:

  《地铁2033》拥有次世代顶级的画面表现,精确的实时光照,高精度的体积阴影,PhysX加速效果,尤其是整体大范围烟雾尘埃刻画更是出众,营造出了一个极具渲染力的恐怖末日游戏场景;游戏中,主角与其他角色的互动性较高,任务也具有一定的自由度;武器种类虽然较少,但细节表现还是较为优秀的。总体上,《地铁2033》凭借DirectX 11/10/9下的优异画面表现和超精细场景刻画,绝对是一款对游戏画面有追求的FPS玩家必玩的大作。

《Metro 2033》


《地铁2033》

  进入《地铁2033》游戏初始界面相信玩家可以感觉到本作的独到设计风格,落在相关选项上对象会有高互动的感应。

《Metro 2033》


VIDEO

  DIRECTX 11 OPTIONS(DIRECTX 11选项),RESOLUTION(分辨率),DIRECTX,ANTIALIASING(抗锯齿),TEXTURE FILTERING(纹理过滤),GAMMA(伽玛值)。测试中我们将所有的特效都开到最高,同时打开游戏物理加速。

测试成绩: 

asc


《地铁2033》测试成绩

  《地铁2033》的Benchmark测试中,GTX550Ti凭借PhysX优势超越了HD6790,在三张卡中位居领先,让游戏变得流畅度更高、更好玩。

6失落星球2测试

《失落星球2》测试:

失落的星球


《失落星球2》

  游戏采用CAPCOM独自研发并进一步强化的“MT-Framework 2.0”游戏引擎,呈现比前作更为细致美丽的画面,使用该引擎的还有《鬼泣4》和《生化危机5》,并且PC版本加入了DX11特效,成为一款具备DX11性能参考价值的游戏。本次测试,我们使用了官方的Benchmark Version进行测试,结果具备很大的权威性。

失落的星球


《失落星球2》

测试成绩:

asc


《失落星球2》测试成绩

  从成绩对比可以看出,在应对游戏PhysX运算上,GTX550Ti显卡可以不依靠CPU资源,因此在4AA模式下,GTX550Ti显卡也小幅领先与其他两张卡。

7鹰击长空评测

DX10.1游戏《鹰击长》对比评测

鹰击长空


游戏测试开始场景

  在这次测试中我们选择手动测试方法,用Fraps记下平均帧数。在游戏测试中我们选择巴西里约热内卢作为测试场景,从游戏开始即飞机出现时用Fraps记录帧数,直到飞机直线撞击城市爆炸结束止。

鹰击长空


游戏测试结束画面

测试成绩:

asc


《鹰击长空》测试成绩

  《鹰击长空》中,GTX550Ti在两个测试项目中都以较大的幅度领先其他两张卡,性能表现比较出色,游戏应用的PhysX技术也对显卡性能发挥比较有利。

8评测总结及NVIDIA PhysX展望

评测总结及NVIDIA显卡PhysX物理加速技术展望:

  随着3D技术的发展,GPU变得越来越强大,GPU已经在积极朝着通用运算方向发展。NVIDIA GeForce系列显卡强大的CUDA通用运算技术,在获得PhysX物理加速技术之后,在游戏中获得了广阔的用武之地,致力于为虚拟3D世界注入生机。当前,NVIDIA GeForce系列显卡的驱动程序中已经包含了PhysX物理加速驱动,支持物理的游戏,可以直接借助GeForce显卡展现出物理交互的强大魅力。

dsgf


NVIDIA GeForce系列显卡强大的CUDA通用运算技术已经很成熟

  当大家都还在争论物理加速将以谁为标准时,NVIDIA已经将一款实际可行的产品、游戏呈现在了大家的面前,并且这种解决方案无需额外添置硬件、增加成本,而是采用本来就更擅长于图形处理的GPU来实现PPU功能。在物理加速技术上,这是实实在在的一大步。 用显卡直接进行物理加速之梦终于成真,这对游戏爱好者来说绝对是一个好消息。

drg


PhysX物理加速技术将对虚拟3D世界产生巨大改变

  游戏必须借助于显卡,而显卡又无需额外设置就能够实现物理加速,这是一套非常可行的方案,NVIDIA GeForce系列显卡的PhysX物理加速技术日后将大有可为,为游戏带来更多的交互元素,让虚拟世界真正达到“乱真”水准。

  从今天的测试看来,在应对游戏PhysX运算上,GTX550Ti显卡可以不依靠CPU资源,因此获得了比竞争对手更优秀的成绩,这几款游戏测试体现了NVIDIA GeForce系列显卡的优势,更加值得拥有。[返回频道首页]