G84决战《狂野西部》——《Call of Juarez》DX10 Demo“硬”体验
硬用高手
随着以GeForce 8600GT/GTS、GeForce 8500等为代表的中低端DX10显卡的问世，人们对DX10游戏的渴望越发强烈。为了跟上硬件厂商的节奏，各大游戏厂商都加快了新品制作的步伐，其中UBISOFT（育碧）和AMD合作抢先发布了《狂野西部》（Call of Juarez）的DX10版Demo，CAPCOM也将提供《失落的星球》(Lost Planet：Extreme Condition)的DX10版Demo的公开下载。
另外，《英雄连》、《Eve Online》和《模拟飞行X》等游戏的DX10补丁都将陆续诞生，而新的《Crysis》（孤岛危机）、《地狱之门：伦敦》、《World In Conflict》等DX10大作也都有了明确的上市日期。
DX10游戏将采用哪些先进的图形技术？DX10显卡在新游戏中的表现究竟如何？下面我们就以《Call of Juarez》DX10 Demo和GF 8600GT显卡为例，谈谈DX10显卡在新游戏中的表现。
游戏及体验平台介绍
《Call of Juarez》是去年推出的一款西部题材的第一人称射击游戏，它使用了自行开发的Chrome引擎，当初就运用了大量先进的3D特效，这次它借助DX10的东风，又推出了全新的测试Demo，画质和效果进一步得到提升，完全可以代表DX10游戏普及初期所能达到的技术高度。
测试平台配置：
处理器：Intel Pentium4 650（主频3.4GHz）
主板：ASUS P5ND2-SLI
内存：海盗船DDR2 533 1GB×2
显卡：盈通GeForce 8600GT游戏高手（默认核心/显存频率675MHz/2000MHz）
硬盘：希捷7200.7 160GB
系统：Windows Vista Ultimate简体中文版
显卡驱动：ForceWare 158.42
在《Call of Juarez》DX10 Demo的启动界面中可以进行分辨率、纹理尺寸、阴影质量、抗锯齿等几项关键的图形质量调节（图1）。其中分辨率最高可以达到1920×1200，最大纹理尺寸可以达到2048×2048。Demo有两种运行方式：一是Benchmark（测试）模式，二是自由游戏模式。我们这里以Benchmark模式为主进行介绍。
《狂野西部》体验之旅
1.测试的开始是一只雄鹰掠过长长的峡谷（图2），峡谷下方有波光粼粼的河流，河流的反光、环境的光照都随着视角的改变而动态地变化。场景中最令人瞩目的当数清晰的山岩纹理。
2.图3是《Call of Juarez》的DX9版与DX10版的游戏画面对比图，从图中可以明显看出，DX10版《Call of Juarez》极大地提高了山岩的纹理质量（即纹理尺寸有了质的飞跃）。DX10版游戏采用了2048×2048的纹理，使得贴图质量大幅度上升。其实，这还不是DX10游戏的上限，DX10游戏最高可以使用8192×8192的纹理分辨率，是《Call of Juarez》纹理的16倍，效果更加惊人。
当然，大尺寸纹理对系统资源（尤其是CPU）的消耗也是惊人的，DX10为了降低系统资源的消耗，引入了新的纹理阵列结构，把非常耗费CPU资源的纹理切换工作转交给GPU去完成，不但减轻了CPU负担，而且效率更高。
3. 我们知道，大尺寸纹理需要占用大量的显存，尽管AGP、PCI-E等总线技术可以利用内存作为显存，但内存带宽远远无法和显存带宽相比。更严重的是，为了同步处理，GPU会降低显存的工作速度，造成系统速度大大下降。
而在DX10中，微软引入了虚拟显存技术，它可以将所有的纹理、着色等分成“小块”数据，即便在低速总线上也能流畅传输。这样一来，在需要纹理渲染时，系统不用传输太多“页面”就能完成相应的工作。而做到这一切几乎不会损失什么性能，同时精美的画面（图4）也能流畅地运行在DX10显卡上。
4.Benchmark场景的河流尽头是瀑布（图5），飞腾的水花依靠粒子效果形成，这需要消耗大量系统资源。随后摄像机镜头将直接穿进瀑布中，几乎每个水珠都清晰可见。这更对系统提出了严峻的要求。上述效果的实现离不开DX 10中新增加的Geometry Shader（几何着色引擎）的帮助。
小知识 在DX9中，Vertex Shader（顶点着色引擎）每一次只能处理一个顶点数据，并且每次只能输出一个顶点结果。而在整个游戏场景中，绘制几何图形的任务量非常庞大，如果仅仅依靠Vertex Shader来完成，效率非常低下。为此，微软在DX10中加入了Geometry Shader（几何着色引擎），专门用来处理场景中的几何图形。
Geometry Shader可根据顶点的信息来批量处理几何图形，将点、线、三角形等基本构图元素连接起来，快速绘制出新的多边形，再将这些处理结果传递给其他Shader，从而加快物理建模速度，表现出震撼的爆炸、烟雾、飞瀑流水或更复杂的动态场景，并使CPU从庞大、复杂的多边形运算中解放出来。
5.3D游戏中最重要的就是强调物体的立体感与真实性，而这一切如果缺乏光与影的参与将是极其苍白和可笑的。《Call of Juarez》的DX 10版本就支持最先进的全动态的实时阴影效果。也就是说，随着树枝在风中摆动，地面的影子也会同时晃动，光线从树木间隙射在地上的亮斑也会随之移动（图6）。
不过，由于处理动态光源时系统开销过大，所以相对节省资源的Shadow Volume（阴影锥）应该是《Call of Juarez》采用的方法。如果采用这种方法，那么不在阴影锥内的目标就不用进行阴影投射计算，这样可以大大节省资源。
6.在《Call of Juarez》DX10 Demo中，所有的草和树叶边缘都采用了Soft Shadow（柔和阴影）效果（图7）。在正常的自然界中，由于光线是从四面八方照射、反射过来的，所以阴影的边缘都有一点漫反射，显得不太清晰。
而且由于距离、光线角度等不同，物体阴影的深度也不相同，Soft Shadow要反映的就是以上效果。它能够通过不同层次的投影，让游戏中物体的阴影更加逼真。当然它对系统的资源消耗也十分厉害，在某些采用实时计算多重Soft Shadow的游戏中，打开Soft Shadow后游戏的速度会下降50%以上。
7.《Call of Juarez》的一大特色就是独立渲染了大量的草丛或者树叶，它们都是由数量庞大的多边形构成，故游戏对GPU的顶点渲染提出了严格的要求。相对而言，像素操作并不需要太多。如此一来，大量的像素渲染单元被闲置，而顶点处理引擎处于不堪重负的状态。
DX10不再区分顶点渲染和像素渲染，两者可自由转化的统一渲染架构正好能帮我们解决这个问题，即游戏能够不受限制地使用纹理资源，并可以使用任意长度的渲染指令，让闲置的渲染单元来处理密集植被所需的顶点操作。可以预见，密集的草丛和树林将更多地出现在最新的游戏中（图8）。
8.图9是利用HDR（High Dynamic Range，高动态范围）模仿人眼遇见强光时所产生的光芒效果。动态范围是指信号最高值和最低值的相对比值。我们知道，计算机在表示图像的时候是用8bit（256）级或16bit（65536）级来区分图像亮度的，但这区区几百或几万级别是无法再现真实自然的光照情况的。但在HDR的帮助下，我们可以使用超出普通范围的颜色值，因而能渲染出更加真实的3D场景。
此外，在游戏中借助HDR，除了能模拟人眼对高亮度的一些生理特征反应外，还可反映出大动态范围内的光照效果，及色彩层次更多的特性，随之而来的就是在画面的亮部和暗部都有比较清晰的细节。换言之，如果游戏真正支持HDR，那么游戏的画面真实感就会大大增强。
9.图10的树皮凸凹渲染得十分到位，将树木的质感逐步地表现出来。这就是DX10新的渲染特性带来的所谓次世代的材质渲染变化。
10.以往在游戏中同时处理HDR和抗锯齿FSAA是相当困难的，在DX9模式下运行FP16时，会占用原本属于FSAA（全屏抗锯齿）的缓冲区域，使得在开启HDR效果后无法进行FSAA处理。而DX10引入了两种新格式的HDR，这些新格式使纹理占用的显存量和原来一样多，避免了较大的缓冲区和带宽消耗，从而使HDR与FSAA“和平共处”（图11）。
11.在图12中，透过玻璃窗看室内，明显可以看到室内的景物发生了折射变化。虽然夸张了一些，但在游戏中反而能增强效果。
12.图13是Benchmark场景结束时，两种版本（DX10和DX9）的游戏画面中壁炉效果的对比图，它们最大的区别是砖台。在DX9版本画面中，地面的砖台是平整的（显然是一张贴图）。而在DX10版本画面中，砖台有明显的立体感。
DX10版本画面的砖台并没有采用多边形、也没有采用我们熟知的法线贴图，而是新的Parallax Occlusion Mapping（视差映射）。这是一种改进的凸凹纹理映射或法向映射技术，它可以在不太影响游戏速度的情况下，使游戏画面更具真实感。视差映射也是今后将广泛应用的一种技术。
写在最后
总的来说，这个《Call of Juarez》DX 10 Demo的图形效果十分出色。不过由于这是一个技术Demo，所以它对硬件系统（尤其是CPU、显卡和内存）的要求很高，除了诸如GF 8800Ultra或HD 2900XT之类的顶级显卡之外，中低档次显卡几乎都无法流畅地运行它（中端卡在特效全开的情况下，游戏画面帧速不超过10fps）。
笔者相信在真正的DX 10游戏补丁出台后，经过合理的设置和优化，中端DX10显卡应该能比较流畅地运行DX10版《Call of Juarez》。当然，要玩好DX10游戏，除了显卡要达到一定的要求外，双核处理器和大容量内存也是游戏玩家必须重点考虑的对象。
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