NVIDIA游戲動力源泉！三重威力全攻略
“The Power of 3”（即三重威力）是NVIDIA在顯示卡領(lǐng)域提出的數(shù)字體驗(yàn)技術(shù)。它包含最新的Shader Model 3.0、HDR (High Dynamic Range，高動態(tài)范圍光照)和NVIDIA SLI技術(shù)(Scalable Link Interface)。通過“The Power of 3”, 用戶可以在最高分辨率和特效全開的情況下，獲得決佳的數(shù)字應(yīng)用體驗(yàn)。
1、最先鋒的圖形接口Shader Model 3.0
作為DirectX 9.0c全新API的重要支撐部分，是圖形處理技術(shù)的最新標(biāo)準(zhǔn)，作為新一代視覺處理的“靈魂”，Shader Model 3.0已成為整個娛樂產(chǎn)業(yè)的策源地和驅(qū)動力。統(tǒng)一了PC 游戲，也同時統(tǒng)一了游戲主機(jī)：包括Sony 的新一代旗艦 Playstation 3、Sega新一代游戲主機(jī)和Microsoft 的 XBox 360的視覺應(yīng)用接口和標(biāo)準(zhǔn)。
2、高動態(tài)范圍光照HDR
新的NVIDIA高精度動態(tài)范圍渲染（HPDR, High Precision Dynamic Rendering），即HDR技術(shù)，基于電影Industrial Light & Magic OpenEXR標(biāo)準(zhǔn)，更進(jìn)一步提升了靜態(tài)和動態(tài)圖像品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)光影和色彩更豐富表達(dá)。以達(dá)到更真實(shí)的視覺傳導(dǎo)，沖擊人眼對視覺感觸的極限。
3、多GPU并行渲染SLI
NVIDIA SLI技術(shù)所帶來的多顯卡并行處理技術(shù)，不僅僅是顯卡性能的翻倍提升，更重要的是它在毫不妥協(xié)的性能基礎(chǔ)上，為高分辨率、高清晰的“畫布”著上最動人的景像。
Shader Model版本的不斷更新，在PC游戲的發(fā)展歷史上起到了非常關(guān)鍵的作用。因此顯卡的圖形核心所支持的Shader Model版本高低，長期以來一直被人們當(dāng)作衡量芯片價值的重要指標(biāo)之一。特別是微軟發(fā)布支持Shader Model 3.0標(biāo)準(zhǔn)的DirectX 9.0c之后，更是在顯卡圖形芯片領(lǐng)域掀起了新一輪的更新?lián)Q代大潮。
與過去的DirectX 9.0b和Shader Model 2.0相比較，新版DirectX 9.0c最大的改進(jìn)，便是引入了對Shader Model 3.0的全面支持。舉例來說，DirectX 9.0b的Shader Model 2.0所支持的Vertex Shader最大指令數(shù)僅為256個，Pixel Shader最大指令數(shù)更是只有96個。而在最新的Shader Model 3.0中，Vertex Shader和Pixel Shader的最大指令數(shù)都大幅上升至65535個，全新的動態(tài)程序流控制、 位移貼圖、多渲染目標(biāo)（MRT）、次表面散射 Subsurface scattering、柔和陰影 Soft shadows、環(huán)境和地面陰影 Environmental and ground shadows、全局照明 （Global illumination）等新技術(shù)特性，使得GeForce6 及 GeForce7 GPU立刻為新一代游戲以及具備無比真實(shí)感、幻想般的復(fù)雜的數(shù)字世界和逼真的角色在影視品質(zhì)的環(huán)境中活動提供強(qiáng)大動力。
1、Shader Model 3.0是最新DirectX 9.0c的標(biāo)準(zhǔn)
作為Microsoft DirectX 9.0c API的重要組成部分，Shader Model 3.0由Pixel Shader 3.0和Vertex Shader 3.0兩個著色語言規(guī)范組成。
2、Shader Model 3.0可以實(shí)現(xiàn)更多的炫目效果
通過Shader Model 3.0，游戲設(shè)計(jì)師能夠比過去更加高速地實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的超現(xiàn)實(shí)3D效果。
3、Shader Model 3.0可以帶來更高的游戲性能
Shader Model 3.0可以用更少的繪圖指令批量處理大量復(fù)雜的數(shù)據(jù)，從而大大減輕GPU 及CPU的負(fù)擔(dān)，讓整個系統(tǒng)更有效率地工作，大幅度提高游戲性能和畫面幀數(shù)。
4、Shader Model 3.0意味著更強(qiáng)的可編程能力
Pixel Shader 3.0和Vertex Shader 3.0為游戲開發(fā)者，分別提供了無限長的像素程序，以及無限長的頂點(diǎn)程序，將GPU的可編程能力帶到了一個全新的境界，全面提升了程序開發(fā)者的開發(fā)效率，為更復(fù)雜的效果和更高的游戲性能提供可實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)。
5、Shader Model 3.0可以給程序員更強(qiáng)的程序流控制能力
與Shader Model 2.0相比，支持分支跳轉(zhuǎn)的Shader Model 3.0可以簡單地實(shí)現(xiàn)過去Shader Model 2.0難以甚至無法完成的效果，賦予了程序員更強(qiáng)的程序流控制能力。
6、Shader Model 3.0意味著未來游戲的發(fā)展方向
隨著大量支持DirectX 9.0c和Shader Model 3.0的游戲不斷涌現(xiàn)，DirectX 9.0c API也早已成為新游戲的基本開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。毋庸質(zhì)疑的是，未來還將會有越來越多的游戲支持Shader Model 3.0，因?yàn)樗碇磥碛螒虻陌l(fā)展方向。
HDR即“High-Dynamic Range”，高動態(tài)范圍光照的簡稱。我們知道，電腦能夠顯示的顏色包括紅、綠、藍(lán)、Alpha共4個通道，每個通道擁有8bit、也就是256種顏色，每存儲一種顏色需要4個8bit即32bit的空間。
在這種圖像描述模型中，畫面中的每個像素色彩和亮度值都是由整數(shù)來表示。但是在處理圖片時，這種精度依然無法代表人肉眼可以看到的真實(shí)世界，難以滿足實(shí)際使用的要求。并且隨著進(jìn)一步的圖形處理運(yùn)算，顏色部分還會產(chǎn)生細(xì)微的變化，經(jīng)過反復(fù)多次運(yùn)算的積累后，還會產(chǎn)生色彩細(xì)節(jié)丟失問題，無法真實(shí)再現(xiàn)自然的光照情況。
與采用8位紋理格式（24/32位顏色每像素）的“傳統(tǒng)渲染”（LDR, Low Dynamic Range）模式相比，HDR可以支持電影業(yè)常用的fp16/fp32紋理格式（每像素采用64/128位浮點(diǎn)數(shù)），并支持fp16格式的混合和濾波操作。LDR只能表現(xiàn)出256：1的動態(tài)范圍（每種顏色的兩度范圍），而人眼能夠感知的亮度范圍是1014：1,因此傳統(tǒng)的8位整數(shù)格式難以表現(xiàn)出真實(shí)世界的光照情況。而NVIDIA HDR技術(shù)采用fp16的紋理格式，能夠支持1012：1以上的動態(tài)范圍，因此可以表現(xiàn)出非常逼真的光照效果。
◎ 為什么需要HDR
為了解決這一問題，NVIDIA從GeForce 6開始引入了HDR高動態(tài)范圍光照技術(shù)，采用4個16bit或4個32bit，達(dá)到64bit或128bit帶寬的色彩光照像素浮點(diǎn)格式。顧名思義，這種全新的渲染方式對于三維空間的光線表現(xiàn)有著明顯的改善作用。其主旨就在于將組成畫面的每個像素的色彩、亮度等光照參數(shù)，以更為精確的形式表達(dá)和存儲，使其更接近于實(shí)際的物理環(huán)境。簡單來說，讓色彩和光照灰度更加層次豐富，過渡飽滿不失真。做到“亮的地方真正地亮，暗的地方真正地暗”。
《帝國時代3》開啟HDR前后效果對比
◎ HDR技術(shù)分析及其重要性
結(jié)合NVIDIA HDR技術(shù)，高動態(tài)范圍光照就能夠高效、漂亮地執(zhí)行。渲染任務(wù)可以分為為三個環(huán)節(jié)——光傳遞、光調(diào)影射、色彩及伽瑪糾正。HDR可以將畫面中的每個像素的色彩和亮度值用實(shí)際物理參數(shù)或是線性函數(shù)來表示，而不再像過去那樣只能限定用整數(shù)。這樣支持HDR技術(shù)的GPU就可以將大量的色彩數(shù)據(jù)以原有精度（或近似原有精度）保存起來，盡可能地避免了色彩失真情況。由于在實(shí)際應(yīng)用中，電腦無法達(dá)到無限的取值范圍，所以NVIDIA采用了由Industrial Light & Magic開發(fā)，基于工業(yè)光魔（ILM）的標(biāo)準(zhǔn)16位OpenEXR格式——用1個bit位來標(biāo)志“指數(shù)”，5bit來存放指數(shù)的值，10bit存放色度坐標(biāo)（u，v）的尾數(shù)。其動態(tài)范圍從6.14×10-5到6.41×104，在顯卡中處理分為3個步驟：
1．將畫面用高光照動態(tài)范圍渲染，并儲存每個象素的亮度特性，而著色器、紋理過濾以及緩存操作都支持浮點(diǎn)格式；
２．將HDR高動態(tài)畫面轉(zhuǎn)成RGBA或sRGB等低動態(tài)范圍的畫面；
３．經(jīng)過色彩和伽瑪校正后傳送到顯示設(shè)備。人類眼睛對光的相應(yīng)呈對數(shù)關(guān)系。事實(shí)上，人類的眼睛對較低光度的光更敏感，能看到暗處細(xì)節(jié)要比更高光照強(qiáng)度處更豐富。伽馬糾正的目的就是為了讓顯示器能正確地再現(xiàn)人類眼睛的這種視覺效果。
通過HDR技術(shù)，游戲開發(fā)人員可以輕松地利用先進(jìn)的著色、混合、過濾和紋理功能，創(chuàng)造彩虹色、動作模糊和柔和陰影等準(zhǔn)確的效果。在最新的優(yōu)異3D游戲中，HDR高動態(tài)范圍光照技術(shù)的效果表現(xiàn)相當(dāng)?shù)孛黠@，可以呈現(xiàn)出非常細(xì)微的光線變化，幫助用戶獲得最真實(shí)的光影體驗(yàn)。開發(fā)人員依然能在優(yōu)先考慮內(nèi)存空間利用率的時候使用16位模式， 但是現(xiàn)在他們在更廣闊的實(shí)時渲染應(yīng)用范圍上能夠達(dá)成更高品質(zhì)的畫面。用戶會賞識并樂意于看到更豐富、更絢麗的畫面體驗(yàn)，游戲開發(fā)人員能以此拋離其競爭對手。
而這種畫面質(zhì)量的改善，是簡單地提升“顯卡頻率”所無法做到的，這也讓人們充分認(rèn)識到了各項(xiàng)渲染技術(shù)的重要性。
SLI的前世可以追溯到1998年，當(dāng)時叱咤風(fēng)云的3dfx率先將SLI（Scan Line Interleave）技術(shù)引用到其第二代3D圖形卡產(chǎn)品——Voodoo 2身上，用“SLI交錯互連技術(shù)”讓兩塊Voodoo 2顯卡連接起來并行運(yùn)作，以獲得近乎翻倍的圖形性能。
當(dāng)時的SLI技術(shù)讓渲染工作被平均分擔(dān)，將一幅渲染的畫面分為一條條掃描幀線（Scanline），由一個顯卡負(fù)責(zé)渲染畫面的奇數(shù)幀線部分，另一塊顯卡渲染偶數(shù)幀線部分，也就是說每塊顯卡只需要完成1/2的工作量，然后將同時渲染完畢的幀線進(jìn)行合并后寫入到幀緩沖中，然后在顯示器屏幕上呈現(xiàn)出一個完整的渲染畫面。于是，理論上的翻倍圖形性能就出來了。
跟以前3dfx的SLI技術(shù)完全不同的是，2004年6月29日NVIDIA發(fā)布的SLI（Scalable Link Interface）更確切的是指“SLI Multi-GPU”，意味著多GPU并行渲染技術(shù)。該技術(shù)還被引入了當(dāng)時最新發(fā)布的GeForce 6800/Quadro FX4000系列高端顯卡上。目前這項(xiàng)技術(shù)在NVIDIA顯卡當(dāng)中已經(jīng)非常普及，包括GeForce 7800GTX、7800GT、6800GT、6800、6600GT、6600、6600LE在內(nèi)的高中低端PCI-E顯卡均提供了對SLI技術(shù)的支持。
如前所述，NVIDIA SLI的全稱為“Scalable Link Interface”。它是通過一種特殊的接口連接方式，在一塊支持雙PCI Express×16顯卡插槽的主板上，同時使用兩塊相同的NVIDIA GeForce6 或GeForce7的PCI-E顯卡，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)圖形性能的大幅提升。與3dfx不同的是，NVIDIA SLI有著AFR（Alternate Frame Rendering，交替渲染）和SFR（Split Frame Rendering，分屏渲染）兩種實(shí)現(xiàn)模式。其中AFR交替渲染模式將連續(xù)的畫面分為奇數(shù)幀和偶數(shù)幀兩部分，由一塊顯卡處理所有偶數(shù)幀，另一塊顯卡處理所有奇數(shù)幀；而SFR分屏渲染模式則同3dfx SLI類似，也是把一個單幀的著色渲染工作分配給兩塊GPU。但卻是把畫面分成上下兩部分，并由動態(tài)負(fù)載平衡技術(shù)為兩塊GPU智能地動態(tài)分配工作量，以達(dá)到最大限度的性能提升。
值得一提的是，F(xiàn)orceWare驅(qū)動程序平時并不確定使用AFR還是SFR，因此NVIDIA為多個流行游戲創(chuàng)建了profile配置文件 (現(xiàn)在已超過100個游戲的profile配置文件)，以決定在每個游戲中它們默認(rèn)使用哪一種渲染模式。一般來說，只要幀之間沒有依賴關(guān)系，NVIDIA的驅(qū)動程序就默認(rèn)為AFR模式；而當(dāng)幀之間存在依賴關(guān)系而導(dǎo)致不能使用AFR時，就會轉(zhuǎn)用SFR模式。然而，對一些還未有官方游戲profile配置文件的游戲，NVIDIA容許用戶自行設(shè)定游戲profile配置文件，令這些游戲也可以被SLI技術(shù)實(shí)現(xiàn)高性能以及高特效品質(zhì)。
也許有人會以為，NVIDIA的SLI與年代久遠(yuǎn)的3dfx SLI一脈相承，其實(shí)不然。仔細(xì)分析就不難發(fā)現(xiàn)，NVIDIA SLI要顯得更加成熟，性能也更加優(yōu)秀。首先，在物理構(gòu)造方面，選擇PCB卡連接可充分保證信號通訊的質(zhì)量與速度；其次，在數(shù)字信號傳輸方面，也擺脫了Voodoo 2時代（模擬傳輸方式）因信號干擾而導(dǎo)致畫面不同步的弊端；再者，在工作方式及分工方面，NVIDIA SLI沒有采用Voodoo 2時機(jī)械的隔行分配方式，而是通過動態(tài)負(fù)載平衡技術(shù)，根據(jù)畫面的復(fù)雜情況將工作量平均分配給兩塊顯卡，從而實(shí)現(xiàn)了效能的最優(yōu)化。
想象一下，一顆NVIDIA GeForce6或 GeForce7圖形芯片（GPU）就能帶給您難以置信的卓越性能，那么，兩顆呢？……
通過nForce4 SLI主板、兩顆GeForce 6/7系列GPU和NVIDIA SLI技術(shù)，您就能夠大幅提升系統(tǒng)的游戲性能——包括100多種熱門游戲在內(nèi)的主流應(yīng)用性能幾乎可以達(dá)到單GPU系統(tǒng)的兩倍！根據(jù)測試，雙顯卡SLI后的性能最高可以達(dá)到單顯卡的187%左右，個別應(yīng)用中甚至可以達(dá)到190%！如此巨大的性能提升，足以讓任何玩家為之心動。
也許已經(jīng)有不少游戲玩家在為系統(tǒng)性能的翻番而激動不已，但是更令他們驚喜的還在后面——因?yàn)镹VIDIA SLI為我們帶來的不僅僅是游戲速度的提升，還包括了更加出色的畫質(zhì)。通過全新的全屏抗鋸齒SLI AA (SLI Anti-Aliasing, SLI全屏抗鋸齒) 技術(shù)，玩家們可以享受到比以往任何時候都更加出色的畫面效果。
SLI AA（SLI全屏抗鋸齒）是隨著最新版本的ForceWare問世后，加上GeForce7系列的發(fā)布，為SLI技術(shù)添加的新功能。它可以通過偏移合成兩個GPU的4X FSAA（多重采樣），實(shí)現(xiàn)翻倍的全屏抗鋸齒效果。也就是說，通過兩片顯卡的4X、8X和16X FSAA取樣，NVIDIA SLI平臺能夠?qū)崿F(xiàn)8X、16X甚至是32X（僅限于Quadro SLI）的FSAA全屏抗鋸齒模式。顯然通過這種技術(shù)，游戲畫面質(zhì)量可以獲得質(zhì)的提高，用戶能夠享受到極為出色的畫面效果。更讓玩家驚喜的是，SLI AA還可以同時支持OpenGL和D3D游戲，能夠讓更多的玩家率先體現(xiàn)近乎完美的畫質(zhì)。
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