小型连载——浅谈游戏显卡的选购：光影特效篇

    在前两期文章中，我们分别对游戏中的建模以及材质贴图作了说明。相信各位读者已经多少了解到显卡对于渲染的原理。不过在前两期中都并没有提及到的一样重要的东西，那就是光影。光影存在于世界中，它是唯一一样不能用实体性体现并且可捕捉的物体。但是它却又是模拟出真实世界最重要的一环。往往负责处理光影特效这一环的参数容易被人忽略，笔者也希望通过这篇文章重新梳理显卡核心与显存的搭配问题。（PS：笔者最近由于工作原因对于连载的推迟深表歉意。）

 真实环境中的光影

    光影存在于我们的世界中，但是在虚拟世界中对光影的呈现则不像前两章关于建模与材质贴图般容易理解和具象化。因此我们需要更多的实例来讲解光影特效这一部分内容。

光

    光是人眼（眼睛）可以看见（接受）的一系列电磁波，也称可见光谱。在科学上的定义，光是指特定波段的的电磁波谱。光是由光子为基本粒子组成，具有粒子性与波动性，称为波粒二象性。光可以在真空、空气、水等透明的物质中传播。对于可见光的范围没有一个明确的界限，一般人的眼睛所能接受的光的波长在380～760nm之间。人们看到的光来自于宇宙中的发光物质（例如恒星）或借助于产生光的设备，包括白炽灯泡、荧光灯管、激光器、萤火虫等。

光影

    光的特殊性，使得它必须要借助物体才能体现它的存在。因此光也并非独立存在的，存在光的地方则必然存在影。这其中的意思则是，物体在接受光的一面我们可以得知光的存在，但物体的非光照面由于亮度差异会存在明暗差，则影也同时存在。

    在理清了光影与物体之间的关系之后，我们就很容易理解这一期的内容。接下来笔者小T也会通过一些例子和大家进一步阐述这个问题。

著名测试软件《VALLEY BENCHMARK》

    与HEAVEN BENCHMARK出自同一研发公司的VALLEY BENCHMARK（以下简称：山谷）从原来DX11的曲面细分重点，转移到了场景光影与镜头光圈的虚拟上。在山谷中，我们可以从日照变化来模拟山谷场景，并且通过光影与景深切合虚拟镜头感。是一款非常值得一玩的测试软件。

被接受光的树林与形成的影子

    在前两期文章中，我们阐述了模型与贴图材质的相互关系。如果虚拟世界中没有了光。那么无论模型再精细，贴图材质质量再高，都将会是漆黑一片，因为他们自身不是发光体，需要通过接受并反射光线才能体现出自身的特点。因此，光影是重要的一环。

    如上图所示，树木在接受太阳光之后反射出来的是叶子的材质，让我们看到了树叶的形态和颜色，同时为了还原真实场景，背光面加入了影子。大场景看起来更自然。

 山谷中的光影效果

山谷中的镜头光影效果

    当镜头对准光源的时候，会产生镜头光晕，而当光源透过缝隙时，又会出现“丁达尔效应”。为什么我们在标题处写上“光影特效”，就是因为光，影，特效这三者是并存的。有光就有影，有光，就有由光产生的特效。

处理光影特效与后处理的ROPS单元

ROPs单元依然位于显卡核心处

    与三角顶点建模和贴图材质不同的是，光影的特殊性，使得它只能通过特殊的设备来进行处理。在显卡中，负责处理这一块的是核心中的ROPs单元（TMUs单元同属后处理单元）。在核心单元对建模与贴图处理完毕之后，数据会交给ROPS单元进行光影特效处理。处理完毕之后再将数据存储至显存。此时一个完整的场景就已经能展现出来了。如果玩家开启了AA（抗锯齿）画面，则从显存再次调用至核心ROPS单元（ROPS同时负责光影与AA后处理），AA后处理之后输出至画面，至此，一条完整的建模→贴图→光影→后处理流水线就完成了。

没有加入光影的物体

    考虑到游戏的即使性与性能的关系，场景中并不是所有物体都需要加入光影特效的。一方面小物体，或者是单体模型的多种形态和体现令场景更饱满的时候，让他们都加入光影效果将会增加ROPs的处理压力。另一方面对于场景的整体效果不会有太直接明显的提升。因此，光影特效多数是根据场景需求，在开发初期就会考虑到“时间成本”这一概念：用最少的运算资源，达到最宏观最直接的效果。

    相信各位读者通过这三篇文章的阅读之后，都会对显卡的基本运作和核心、显存的关系有了直观明确的理解。在终篇《小型连载——浅谈游戏显卡的选购：显卡选购篇》文章中，笔者将为大家再次梳理显卡工作流程和核心显存关系以及显卡的选购指南，敬请期待！