让游戏画面更逼真，DirectX原生支援光线追踪技术

绘图软件API DirectX 12将开始原生支援光线追踪（Raytracing ）技术，填补使用光栅化（Rasterization）渲染与真实3D场景画面间的差距。微软表示，支援光线追踪技术并没有加入新的GPU运算引擎，光线追踪技术并不复杂，只是运算负担很重。

DirectX新增了加速结构（Acceleration Structure）以支援DirectX光线追踪功能（DXR），为GPU走访（Traversal）全3D场景提供最佳化的格式，这个二阶架构能最佳光线走访，并且有效率的管理动态物件。

加速结构的下层结构纪录了场景的几何资讯，包括顶点以及索引等缓冲区，上层则储存特定物体的副本列表以及变换矩阵等资讯，上层资讯会随着每一帧动态更新。微软表示，这样的结构能帮助DXR有效的走访复杂的几何。

而在光栅化渲染工作管线（Pipeline）中，多数的游戏会将相同材质的物体做批次渲染，以求加速画面绘制速度，但是在光线追踪工作管线中，难以有效的预测光线会碰撞到什么材质的物体。因此光线追踪工作管线状态允许多组着色器与贴图，当光线碰到物体A，能使用着色器P与贴图X，当光线碰到物体B便能选用着色器Q与贴图Y，如此便能保证光线在与物体碰撞时，能对该材料使用这确的着色器与贴图。

另外，为支援DXR，DirectX还新增一系列HLSL着色器类型，包括Ray-generation、Closest-hit、Any-hit与Miss shaders，来描述光线在场景中与物体交互作用的实际计算方式。透过呼叫DispatchRays来调用光线产生着色器，以光线走访加速结构，根据计算光线与物体碰撞情形，使用不同的着色器类型。

微软Windows版游戏开发调效与除错工具PIX也支援了DXR API，因此支援捕捉以及分析以DXR技术所产生的画面，帮助游戏开发人员了解DXR与硬件的互动。开发者可以使用监控API，查看DXR工作管线中的资源状态，并视觉化加速结构，微软表示，这都是帮助开发者使用DXR的有利工具。

光线追踪技术是一种3D电脑绘图学计算画面颜色的算法，透过模拟光线与虚拟世界物体的交互作用，追踪光线路径以计算画素颜色。虽然此方法计算画面颜色的效果自然真实，但是其最大的缺点是效能极低，对于游戏这类需要即时互动的应用，根本无用武之地。

受限于硬件计算能力，微软表示，在过去30年几乎所有的游戏的画面，都是使用光栅化渲染，虽然游戏场景是3D建模，但是最终画面的运算，皆是透过变换矩阵投影至2D的屏幕画面上，过程损失不少资讯，再加上采用深度剔除以及遮蔽剃除等技术减少计算，这些动作加速了画面渲染，但同时也造成色彩失真。

微软表示，DirectX并没有为DXR增加新的GPU引擎，因为DXR的瓶颈在于运算负担，而并非复杂的计算逻辑。随着硬件计算能力越来越强大，光线追踪技术应用的层面会逐渐增加。微软认为，DXR最初会被用来补强当前的渲染技术，弥补光栅化渲染造成的失真。

随着硬件的计算能力提升，接下来几年DXR的使用率会增加，能够用来达成真正的全域照明，而最终将会全面取代光栅化渲染。