为Fermi优化 《地铁2033》DX11技术简析

johnemail

德国PC游戏硬件网站PCGH近日对游戏制作人Dean Sharpe进行了独家访谈，解释了很多技术上的问题，现摘录如下：

　　一、游戏引擎问题(此前有消息说游戏引擎是乌克兰工作室GSC Game World的X-Ray，但4A宣传是全新引擎)

　　答：绝对是全新开发。X-Ray架构是我在2001-2002年间设计的，显然已经不适合未来，其最大的弱点就是不支持多线程、纠错联网模式、资源和内存管理太差，所以我们从零开始，借助一些中间件方案，快速开发了新引擎。

　　一、跨平台开发问题

　　答：同样的代码在上边所有平台上都执行得很好。它们使用的是同样的内容。是游戏架构决定了运行的平台。当然各个地方都有一些小的调整和优化，但我们只开发了一款游戏。

　　三、PC版画质技术问题

　　答：PC版上内部的PhysX触发频率比主机版高一倍，因此碰撞检测与结合行为更加精确，事实上PC版的声音渲染几乎是主机版的两倍，而且都带有声波轨迹。

　　PC版图形方面的一些主要特性有：

　　- 绝大多数纹理尺寸都是2048×2048(主机版是1024×1024)

　　- 阴影地图分辨率最高943万像素

　　- 阴影过滤好得多得多

　　- 所有表面都有视察映射贴图，还有些使用了遮蔽贴图

　　- 大量“真正”的体积材料，对尘埃环境非常重要

　　- 从DX10往上使用正确的本地动作模糊(也叫物体模糊)

　　- 光材料响应在高画质设置下几乎是符合物理规律现实的

　　- 环境光遮蔽(AO)大幅改进，特别是在高画质下

　　- 亚表面散射大大改观了人的脸部、手部效果

　　- 因为不同细节等级，几何细节稍好了一些(当然还有Tessellation)

　　四、高级视觉效果技术问题

　　答：首先也是首要的：3D立体。游戏是基于3D、面向3D开发的，据我所知这是迄今为止唯一一款这种游戏。在DX11 3D立体模式下玩游戏会让人爽翻天，比在IMAX影院看《阿凡达》惊人多了。

　　技术上有趣的包括延迟反射、分析反锯齿(AAA)、皮肤着色环境屏幕亚表面散射等等。另外，在高画质下即使关闭多重采样反锯齿，也能得到很好的反锯齿画面。

　　五、多显卡支持问题

　　答：我们一直在SLI系统上测试性能，应该能随着GPU数量增长获得几乎线性性能提升，当然也有我们无法掌控的驱动限制。

　　六、多核心处理器支持问题

　　答：游戏引擎从一开始就是基于多线程来架构的，这是唯一明智的做法。你不能在开发后期才加入多线程，那样效果会很糟。具体来说至少支持双核心，更多核心也支持。如果显卡不存在瓶颈，性能也会随着核心数量的增长而线性提高。

　　七、超线程支持问题

　　答：绝对支持，比如X360版本能获得几乎50%的性能提升，所以如果你的处理器支持超线程，不要关闭。

　　八、物理技术支持问题

　　答：物理效果紧密集成在游戏之中，比如轰击墙壁后的碎片会砸伤敌人。至于物理开发包，很多年前我们就选择了NovodeX SDK，后来被Ageia收购并成为PhysX SDK，再后来又归于NVIDIA旗下。它的性能很好，很早就拥有完整的、可定制的内容流水线，特别是对一个相对小的团队编写新引擎更加重要。

　　CPU、GPU实现的物理效果并没有视觉上的差异，因为它们都基于普通的IEEE浮点，只不过GPU在数据并行算法上速度快几个数量级，因此可以应付计算量庞大的任务。《地铁2033》里的硬体物理效果都是CPU实现的，而布料物理、软体物理、流体物理、粒子物理会根据用户配置选择在多核心CPU或者GPU上实现。不管用户拥有什么硬件，都可以自行设置进行物理计算。

　　九、DX11 API的决定性技术优势问题

　　答：从纯粹的C++设计角度而言，DX11 API仍然很糟糕，但功能齐全。我喜欢DX11的三样东西：计算着色器、细分曲面着色器、绘制创建上下文分离。最突出的是计算着色器，它实现了全新等级的算法和性能优化。

　　十、DX11画质效果问题

　　答：如果关闭DX11特效，得到的画面效果和DX10代码路径渲染出来的是完全一样的，唯一的区别就是性能不同。另外它也支持DX9。

　　十一、有传言说《地铁2033》会成为NVIDIA DX11显卡的首发作品

　　答：我们不对传言发表评论，不过我们确实一直在Fermi显卡上测试《地铁2033》。




====================================




PCGH：你们宣称《地铁2033》是采用全新的引擎，但这引擎同你们之前曾经开发的X-Ray有什么借用的地方？

Dean Sharpe: X-Raty价格引擎还是2001-2002年的东西，由现在看来是缺乏扩展性的，X-Ray在多线程支持、网络架构模型、资源和内存管理方面都存在问题，并不适应次世代的家用机架构。

我们一切都是从白纸重新开始规划，但得益于一些中间件的使用使得开发进度较快。

PCGH: 你们一小队人员从X-Ray退出，为什么不考虑采用UE3或者Xray这样商业引擎？而自己开发呢？

确实我们曾经考虑过采用UE3授权(X-Ray不在考虑的范畴)，我们在权衡后优势和劣势后，发现UE3并不像其广告中宣称的那美好，其还是过于臃肿和传统，很多简单的事情还是要花费很多人力，所以我们考虑自己制作在任何方面都更好的引擎。

PCGH：你们宣称《地铁2033》对应PC，Xbox 360和PS3平台，而PC版更是支持DX11和GPU PhysX，你们这个游戏并不是完全跨平台开发？各个平台开发都有一定独立性？

Dean Sharpe:为什么？我不明白你的逻辑。各个平台都是执行相同的代码，使用相同内容，引擎架构考虑到多平台应用，当然不同平台还是有细节的调整和优化，但是作为一个整体进行开发的。

PCGH，除开DX11和GPU物理加速，你们还采用什么与众不同的技术？家用机又阉割了什么？

Dean Sharpe: 你有更为强大的平台，你就可以加入更多特性：PC版PhysX的加入可以使得我们可以更为精确的进行碰撞检测，而PC版音源数量更是家用机的两倍，当然这个仅仅只是很小一部分，其他还有

更高的纹理细节(PC为2048x2048,家用机的阉割版为1024x1024)
阴影映射分辨率可达943万
阴影过滤质量更好
所有表面都可以使用Parallax Mapping（视差映射），并且一些带有occlusion-mapping
DX10可以提供个别物体的运动模糊
光材料响应在高画质设置下几乎是符合物理规律现实的
对环境杂质表现进行优化，这对肮脏的环境表现特别有用
光照财政
环境光遮蔽效果更好
人物的脸部，手部使用SSS次表面散射
由于采用不同的LOD算法，模型细节更好，甚至在不使用DX11 tessellation也是如此

PCGH：如果你需要为《地铁2033》的图像效果做广告，你可以加上一堆如HDR、SSAO、视差映射等冠冕堂皇的词汇，你还有什么其他要补充的么？

Dean Sharpe：首先第一个是3D立体显示(3D Stereo)，游戏在开发之初就为3D立体显示而考虑，在DX11下使用3D立体显示，你甚至可以获得比看IMAX阿凡达更为疯狂的视觉享受。

技术方面其他有趣的东西还有延迟反射、分析性抗锯齿(AAA)，皮肤表现使用的屏幕空间次表面散射。

在高设置下，关闭MSAA(多重采样抗锯齿)，使用分析性抗锯齿甚至在接近水平和竖直的位置甚至可以获得比MSAA更好的抗锯齿效果。

PCGH：你们游戏对SLI、CF这样的多GPU系统支持如何？玩家需要组建多GPU系统来玩你们的游戏么?

Dean Sharpe:我们已经测试了SLI，玩家几乎可以获得同GPU数量提升成线性同比增长的性能，当然一些方面还是受到驱动的限制，这就是我们能力以外的事情了。

PCGH：现在多核心处理器普及率很高，你们引擎开发之初是否就提供了多核心的支持？

Dean Sharpe: 是的，我们引擎在构架之初就为多线程优化，你不能在一定的开发周期之后再加入对多线程的支持。

PCGH: 游戏支持多少核心？性能可以获得如何提升?

Dean Sharpe: 我们至少支持双核心，你有多少我们可以支持多少，如果你的GPU不虫子瓶颈，CPU的核心数提升也可以使得你获得线性的性能提升。

PCGH:引擎效能是否会得益于超线程技术？你是否建议关闭HT以提升性能？

Dean Sharpe: 不，引擎会得益于超线程技术，Xbox 360会因为SMT而获得50%的性能提升，如果你CPU支持，请不要关闭。

PCGH: 你能告诉我更多的关于PhysX GPU的细节么？如敌人中弹或者墙壁坍塌这样的效果可以通过CPU计算实现么？

Dean Sharpe: 是的，物理因素被很好的集成在游戏中。

PCGH: 为什么要使用PhysX而不是用Havok或者ODE物理引擎呢？

在Ageia被NVIDIA收购之前，我们就选择了PhysX，其有更好的性能和功能特性，可以完全自定义内容通道，这对新引擎的构架是十分重要的。

PCGH：使用GPU和CPU物理加速在视觉效果上有何不同？非NVIDIA显卡用户会缺失什么？什么是CPU物理计算完成不了？

Dean Sharpe:都是采用IEEE浮点数操作，CPU和GPU不会有什么不同，但GPU的并行数据处理能力可以使得在计算高负载物理运行时速度更快？，游戏的布娃娃效果使用CPU计算，但布料材质、柔性身体、流体和粒子物理则可以使用CPU和GPU，如果有NVIDIA显卡，通过GPU PhysX可以获得更好的性能。

PCGH:《地铁2033》支持DX11，其是否支持硬件细分曲面技术？

Dean Sharpe: 是.

PCGH：你们还利用DX11 API和SM5的哪些优势呢？

主要有三件：compute shaders, tessellation shaders(曲面细分)和draw/create contexts separation(多线程优化)，其中最让人振奋的要算compute shaders，其运行我们使用全新的算法类和提升性能.

用户虽然可以屏蔽DX11，但他可以发现DX11相比DX10性能更好，这是得益于我们很多对于DX11的细节优化。

PCGH:你们是否使用DX11 CPU多线程优化?

Dean Sharpe: 如果你指的是命令缓存块操作(command-buffer chunks),答案是否定，我们多平台开发这个是基于引擎层次的。

PCGH: DX11同DX10在画面上什么区别？

Dean Sharpe: 如果你屏蔽DX11，在DX10路径画面是一样的，DX11仅仅是对性能的优化。

PCGH: 你们使用了哪些shader model 5硬件的特性？

我们几乎一半的场景使用了曲面细分和置换映射，虽然其损失了一定的性能，但画面的提升是巨大的，此外还有景深效果，它可以营造如电影一般的真实感。

PCGH:《地铁2033》也支持DX9,是否DX9也可以实现DX10的大部分特效？

Dean Sharpe:是的，《地铁2033》也支持DX9，但很多效果和特性是必须DX10以上才能实现，不过也有例外，柔和粒子DX9可以实现，但其他游戏通常需要用DX11来实现。这样做不困难，我们当DX9用户不足1%才会放弃对其的支持。

PCGH:有传言《地铁2033》是NVIDIA次世代Fermi的御用游戏，这个是否属实？你们是否是在GF100上进行的DX11游戏开发和测试？

Dean Sharpe: 无可奉告，我们经常是在Fermi上进行的DX11测试.