DirectX 11显卡裁判 《3DMark 11》解析

全面进入DirectX 11《3DMark 11》渲染技术揭秘

作为一款构建于DirectX 11之上的测试软件，在《3DMark 11》中Furmark应用了大量DirectX 11技术。除了我们介绍过多次、耳熟能详的曲面细分、多线程处理等技术外，在画面后期效果处理上，3DMark 11还大范围应用了景深、bloom等效果。接下来，就让我们来了解一下《3DMark 11》强大的渲染引擎。

多线程技术是标配

DirectX 11中引入的多线程技术能很好地对多核心处理器进行优化，让渲染任务尽可能平均地分摊在各处理器上。也正是由于多线程技术的采用，《3DMark 11》中的渲染工作任务将会在每个线程级别上实现有效率的分配。

在好的情况下，每个线程都会被赋予基本等量的工作任务。比如在渲染一帧画面时，一般会包含诸如计算变换矩阵、可见性筛选、Shader相关参数计算等任务，这些复杂的任务都会被均分在多个线程内执行。除此之外，当一个线程结束了自己的任务后，还会自动执行在线程命令列表中记录的指令，保证系统效率大化。

在硬件优化方面，《3DMark 11》的多线程模型基于DirectX 11的设备环境和命令表，并分为两个部分进行操作：在图形测试中，计算引擎的每一个线程，可以对应一个可用的物理核心；在物理和综合测试中，计算引擎的每一个线程对应一个逻辑核心。这就意味着拥有超线程等技术的处理器可以很好地在《3DMark 11》的物理和综合测试中发挥作用。

曲面细分成重头

曲面细分技术是DirectX 11的重大改进，它将给模型的精细程度带来前所未有的变化。在《3DMark 11》中，一共使用了两种曲面细分：基于置换贴图(Displacement map)的细节曲面细分(Detail tessellation)，以及采用可选置换贴图(Displacement map) 的方氏曲面细分( Phong tessellation)。它们的差异在于：在细节曲面细分当中，增加的顶点将直接在一张置换贴图上生成，带来更柔的几何法线。而在方氏曲面细分当中，顶点在置换操作之前，就已经在一个近似曲面上生成。该曲面由系统根据三角形顶点的位置和法线信息算出，从而使得物体边缘部分更为圆滑。同时，方氏曲面细分可以降低对CPU和PCI-E数据传输的压力，提高显卡的工作效率。

《3DMark 11》在很多场景都使用了曲面细分，但曲面细分负载并不高，高细分系数也只有15级。

另外，《3DMark 11》的曲面细分特效并非固定和一成不变的，在设计中，曲面细分系数会根据情况自动调整以节约资源。比如，《3DMark 11》中的曲面细分系数会根据每一个三角形投影在屏幕空间里的距离计算来自动确定。这就是说，远离视角的物体将使用低级别的曲面细分甚至关闭曲面细分，而接近视角的物体或者重要物体，将使用高级别的曲面细分。如果视角被遮挡，在执行曲面细分技术之前输入的三角形和顶点法线数据会被直接抛弃，不予处理，这样就大大减少了无用曲面细分从而浪费资源的情况。

阴影质量方面，在《3DMark 11》中对画质产生直接影响的阴影贴图也和曲面细分系数相关。简单来说，某处的曲面细分系数越高，阴影贴图的质量也就越高。这种自动调节设置的设计，能够满足各种不同曲面细分条件下的阴影质量要求，也很好地平衡了画质和资源的情况，是一种相当智能的设计。

在曲面细分性能压力程度上，《3DMark 11》并不像之前几款测试软件如《天堂2》那样，开启了等级极高的曲面细分负载计算。在《3DMark 11》中，高的曲面细分系数也仅仅为15。从实际产品来看，NVIDIA的显卡由于多形体引擎被绑定在SM中，因此具备很强的曲面细分运算性能。而AMD则只有1～2个曲面细分引擎（新的Radeon HD 6900系列显卡也只有2个曲面细分引擎），因此在高曲面细分系数下的表现要比NVIDIA同档次产品差。相比NVIDIA对曲面细分的着力宣传而言，AMD认为曲面细分只是DirectX 11的一部分，不能代表新技术的全部。此次《3DMark 11》中对曲面细分的态度显然和AMD的看法相近，这也说明Furmark认为未来游戏将不会使用过高的曲面细分系数，或者目前的曲面细分系数已经可以很好地展示设计者的创意和想法，无需特别看重。