NVIDIA 顯卡 PhysX物理加速測試

◆為什么需要物理加速？

隨著圖形渲染技術的不斷進步，在近10年內(nèi)游戲行業(yè)同樣得到了高速的發(fā)展，游戲開發(fā)者可以在游戲場景、人物建模等方面應用大量的圖形渲染，設計出非常逼真的3D游戲。由2D到3D的轉(zhuǎn)變目的只有一個——就是制造更加真實、更加貼近現(xiàn)實的游戲場景和人物模型，而玩家們對真實的游戲體驗自然也是樂此不彼的。

不過無論游戲設計者費盡多少心思把游戲場景、人物建模等做得多么的細致和真實，但是玩家在游戲過程中總是會存在那么一些不自然的感覺。這是由于傳統(tǒng)的3D游戲缺乏真實的物理現(xiàn)象，或者說是游戲中的仿真物理計算太少的緣故。

那么什么是物理現(xiàn)象呢？這個我想就不用多加解釋了，物理現(xiàn)象在我們的現(xiàn)實生活中是隨處可見的，例如葉子飄零、風吹草動、湖水蕩漾、旗幟飄揚等等�，F(xiàn)實如此，但是在傳統(tǒng)的3D游戲中我們見到的大多數(shù)還是“預先描述”好的，或是由游戲事件觸發(fā)的“固定”動畫，例如玩家在游戲中就算手持一把威力極大的武器去轟擊最薄的墻壁，墻上也僅僅是留下幾個小黑點而已，這樣的體驗在過往的很多FPS游戲中都會存在，使人大為不快。

如果一款游戲中的物理效果非常貧乏，那么玩家在游戲中的體驗就會大打折扣了。下面再來看看在游戲中使用物理加速后的情況。

更多更真實的物理效果能夠為玩家?guī)�來更震撼、更真實的游戲體驗，而要達到這種效果，游戲中的物理計算是不能缺少的，這樣各種各樣的物理引擎就有其被應用的需求。

◆PhysX物理引擎的誕生

一家最初僅由5名技術成員組成的名為AGEIA的公司于2005年3月的GDC大會上公布了首款物理處理器——PhysX，利用特定的物理單元（PPU）去執(zhí)行物理運算，而且效率大大高于使用CPU進行物理計算。

其實目前的物理引擎并不少，例如AlgOryx, Havok, NewtonGameDynamics等等都是很不錯的通用物理引擎，不過AGIEA則是頭一家使用硬件進行物理加速的，相比起其他公司的物理引擎，PhysX的強項是借助PPU硬件運算能力，能夠模擬出數(shù)量巨大的各種粒子不同運動狀態(tài)，進而形成煙霧，液體，軟組織，布料，金屬形變等等各種不同的復雜物理模擬。

華碩、BFG等廠商相繼推出了物理加速卡，不過這種物理加速卡亦由于高昂的身價而使其不能被廣大消費者所接受。

雖然AGEIA能夠想出利用物理處理器（PPU）加速復雜的物理演算，使得游戲的物理效果能夠大幅度加強，甚至還表示要和CPU與GPU三分天下的豪言壯語，但是他們在驅(qū)動和開發(fā)套件方面卻非常的糟糕。

AGEIA的PhysX本身基于一個成熟的、基于CPU的物理引擎Novodex，可惜的是AGEIA在收購了Novodex之后長達一年半之多的時間內(nèi)AGEIA都沒有推出過一個能夠使其向前后兼容、完全統(tǒng)一的開發(fā)套件給游戲開發(fā)商使用，而且其驅(qū)動也完全沒有兼容性可言。這導致了PhysX在業(yè)內(nèi)缺乏對游戲開發(fā)商的吸引力，使其不如對手Havok那樣受歡迎，AGEIA處在岌岌可危的處境中。

◆NVIDIA收購AGEIA，PhysX技術重獲新生

在2008年2月，如日中天的NVIDIA收購了這家AEGIA公司，把這個前途一片光明的PhysX物理加速引擎收歸囊中，隨后把PhysXAPI移植到CUDA并行計算架構(gòu)上，使GeForce8系列以上的獨立顯卡均可支持PhysX物理加速技術。

在收購AGEIA公司后，NVIDIA的驅(qū)動部門在短短5個月時間內(nèi)即完成了GeForce顯卡的PhysX驅(qū)動，讓其能夠采用PhysX物理加速卡或GeForce顯卡來進行物理加速。

NVIDIA擁有了PhysX物理引擎后自然需要吸引更多游戲開發(fā)商的注意了，特別為游戲開發(fā)商提供了一套完整的PhysXSDK（軟件開發(fā)包），使其能夠開發(fā)出具備下一代物理學特色及硬件加速性能的游戲。而且PhysXSDK還具備了良好的兼容性，幾乎所有的主流開發(fā)工具均能夠支持該軟件。

此外，NVIDIA還不斷地在PhysXSDK的后續(xù)版本中加入更多的新特性，使游戲開發(fā)人員將這些PhysXSDK整合在最新、最棒的游戲當中。

●PhysX物理引擎是如何工作的？

PhysX物理加速主要經(jīng)過三個步驟完成：

首先是Integrate計算，在這一步驟中主要對要發(fā)生變化的物理對象進行初始化的處理；

其次是Collide碰撞判定，這時就是對每對物理對象碰撞的檢測了，把檢測到的物理對象以兩個為一組的方式進行處理；

最后是SolveCollisions碰撞結(jié)果的計算，此時的計算工作量是最大的，計算復雜程度也最高，CPU對這種工作是有心無力，不過對于擁有強大并行計算能力的GPU來所就是物盡其用的時候了。

NVIDIAPhysX的設計正是利用了GPU強大的并行計算能力，據(jù)稱擁有10個流處理器的GeForce顯卡其PhysX物理加速性能就足可與一張PhysX物理卡匹敵，而目前的主流GeForce顯卡的內(nèi)核更是動輒上百個，這必然會帶來更強勁的物理加速性能。

●NVIDIA PhysX物理加速帶來怎樣的游戲體驗？

PhysX物理移植到GeForce顯卡后其物理加速處理能力呈指數(shù)倍增長，將游戲體驗提升至一個全新的水平，在游戲中呈現(xiàn)豐富多彩、身臨其境的物理學游戲環(huán)境。其中特色如下：

·爆炸引起的煙塵和隨之產(chǎn)生的碎片

·復雜、連貫的幾何學計算使人物的動作和互動更加逼真

·其視覺效果令人嘆為觀止的全新武器

·布紋的編織和撕裂效果非常自然

·運動物體周圍煙霧翻騰

◆PhysX游戲數(shù)量不斷增加

NVIDIAPhysX可為開發(fā)人員以及動畫設計師提供前所未有的最終游戲互動性創(chuàng)作控制功能，讓使用者能夠?qū)崟r編輯和預覽物理效果，并且PhysX技術在所有主要的游戲平臺上均能夠良好地運行，包括任天堂Wii、PlayStation3、Xbox360以及PC平臺。

在廣泛開展游戲之道(The Way Its Meant ToBePlayed)的合作后，NVIDIA亦加緊步伐與游戲廠商合作推廣PhysX技術，以進一步擴大其在游戲界的影響力。NVIDIAPhysX自然亦愈發(fā)得到更多游戲廠商的青睞，例如著名的互動娛樂軟件公司美國藝電（ElectronicArt）、2KGames等均紛紛力挺PhysX技術。

目前可支持物理加速的游戲總數(shù)超過400個，雖然占大份的依然是Havok，但PhysX頗有后來者居上的勢頭�，F(xiàn)時在我們熟悉的PC平臺中可支持PhysX物理加速的游戲已增加到150多個。

◆帶來的不僅僅是游戲效果——PhysX技術在游戲之外的應用

NVIDIAPhysX技術除了在游戲中運用自如，為玩家?guī)�來更具震撼力的物理效果體驗外，該技術在諸多非游戲領域中也同樣能夠分一杯羹。

PhysX技術在電影特技制作、加速科學、工程學、醫(yī)學成像、物理學模擬實驗等方面均能夠施展其技。而且多得NVIDIA在專業(yè)圖形市場中的大量投入，其Quadro專業(yè)顯卡足足占據(jù)了90%以上的市場份額。

NVIDIA最新推出的Quadro顯卡自然不能錯過PhysX這么有價值的技術了，而在3DSMAX、MAYA、Softimage等諸多專業(yè)軟件亦加入對該技術的支持。例如在3DSMAX軟件中則可通過安裝PhysX插件實現(xiàn)支持，使用者在設計當中可利用到PhysX技術輕松地進行各種物理碰撞效果的模擬。

◆黃仁勛：不支持PhysX的顯卡就是一張廢卡！

在業(yè)界是不乏口水戰(zhàn)的，尤其以AMD與NVIDIA之間甚為激烈，在去年年底NVIDIA宣布向EA及2KGames授權PhysX技術時，AMD的技術營銷總監(jiān)GodfreyCheng曾發(fā)表言論稱“Physx這種封閉的技術標準將徹底死掉”，“我們和游戲開發(fā)者一致認為Havok的技術和產(chǎn)品是物理模擬技術領域的領軍人物，因此我們選擇與Havok合作”，可見AMD在物理加速方面對競爭對手的PhysX是相當?shù)呐懦狻?/p>

無獨有偶，回顧在今年10月初舉行的GTC大會上，NVIDIA的CEO黃仁勛在接受媒體采訪時曾自信地發(fā)表過一番言論，“等到明年年底時，如果你的顯卡還不能支持PhysX，那么它就是一張廢卡。就像現(xiàn)在，如果你的顯卡不能支持程序化著色功能，那么有什么用呢？”

黃仁勛的這一番話很明顯是在諷刺競爭對手AMD在物理加速技術方面的不足。

Havok雖然在支持的游戲數(shù)量方面占了優(yōu)勢，不過自從Intel收購了Havok后，Havok就沒有在GPU加速方面有太大的進展，主要還是依賴CPU進行物理加速。相反PhysX在NVIDIA的規(guī)劃下很好地利用GPU的優(yōu)勢所在——強大的并行計算能力，極大地提升物理計算效率。

同時擁有CPU和GPU技術的AMD手中并無自己的物理引擎，故在物理加速方面可以說是處于被動。AMD雖然此前宣布選擇Havok，但在今年9月份又轉(zhuǎn)向了Pixelux、Bullet這些開源的物理引擎。不過據(jù)GameDevolopersMagazine此前的調(diào)查顯示，NVIDIAPhysX已經(jīng)超越了Havok成為目前最受歡迎的物理加速引擎。

物理加速技術無疑將成為未來游戲的一大發(fā)展方向，那么你會選擇哪一邊呢？是否會沖著NVIDIAPhysX物理加速而選擇GeForce陣營的產(chǎn)品呢？歡迎進入本站論壇發(fā)表你的意見。

◆測試平臺及說明

NVIDIAGeForce顯卡有PhysX助陣在游戲中是否就能夠如魚得水呢？Radeon顯卡不支持PhysX加速在游戲中是否就一籌莫展呢？下面我們就通過幾款GeForce和Radeon顯卡在PhysX游戲當中的表現(xiàn)來驗證。

測試主要對比GeForce GTX275/GTS250/GT240以及RadeonHD5870/4830/4670幾款不同市場定位和檔次產(chǎn)品在幾款PhysX游戲中的性能表現(xiàn)情況。

使用Windows7旗艦版操作系統(tǒng)，安裝的驅(qū)動均為官方公布的最新驅(qū)動，9個圖形項目測試包括了3DMarkvantage以及八個PhysX游戲，均打上官方公布的最新補丁。

◆3DMark vantage

從3DMarkVantage的測試情況來看，雖然Radeon顯卡并未得到物理加速的加分，但在幾款參測顯卡的對比中依然由性能強勁的RadeonHD5870奪得頭籌，可見Radeon HD 5870單核顯卡王者的名號并不是吹出來的。

◆Batman: Arkham Asylum

該游戲由RocksteadySudios開發(fā)，Eidos發(fā)行，是根據(jù)GrantMorrison的同名漫畫改編，堪稱蝙蝠俠歷代最黑暗的一作。該游戲已經(jīng)在PC、PS3和Xbox360平臺發(fā)售。游戲中加入了NVIDIAPhysX技術支持，使得游戲極具互動性，玩家在游戲中將得到更為真實的游戲體驗。

在蝙蝠俠測試中，開啟Normal程度的物理加速，三款可支持PhysX GPU物理加速的GeForce顯卡自然占盡優(yōu)勢了。

Radeon顯卡不支持PhysX物理加速在游戲中表現(xiàn)不濟，均未能達到流暢體驗的30幀。另外RadeonHD4670在1920X1200分辨率下出現(xiàn)長時間卡機現(xiàn)象未能完成測試，故平均幀數(shù)標注為“0”。

◆Darkest of Days

該游戲由8monkey Labs開發(fā)，PhantomEFX發(fā)行，游戲中運用了NVIDIAPhysX技術打造最具互動性、人物角色最生動、最自然的游戲場景，并且游戲中的許多物件都可完全摧毀，此外，花草樹葉、風、地面的低霧、煙霧、火山灰、積雪等物體也相當真實，為玩家?guī)�來更擬真的游戲體驗。

游戲采用“跳躍式”的敘述模式回到美國南北戰(zhàn)爭、第一次世界大戰(zhàn)、第二次世界大戰(zhàn)、龐貝城等時代，參與這些決定歷史的重大戰(zhàn)爭。

◆Star Tales Benchmark

由開發(fā)運營商趣味第一自主研發(fā)的中國首款采用虛幻3引擎的在線舞蹈游戲，玩家要做的就是在《一舞成名》的虛擬世界中通過包括舞蹈在內(nèi)的各種方式表現(xiàn)自己、傳播自己的個性與形象，最終成為萬人矚目的明星。

◆Mstar Nurien TechDemo

Mstar是一款由韓國Nurien公司開發(fā)的在線3D熱舞游戲，采用了虛幻3引擎開發(fā)。測試采用的為Alphav0.7技術Demo。演示人物在走動時的發(fā)梢、裙擺、衣服等的自然飄動。

◆Sacred 2：Fallen Angel

該游戲是著名游戲開發(fā)商ASCARON公司旗下的一款全3D動作角色扮演游戲，2009年上市。故事發(fā)生在前作的兩千年前精靈時代的Ancaria國度。

◆War Monger

該游戲基于EpicGames的虛幻引擎3的一款PhysX游戲，玩家可以在里邊盡情破壞。在游戲里，玩家是無處躲藏的，因為墻壁和石頭都能被武器轟開，讓玩家只能疲于奔命。

◆Cryostasis TechDemo

該游戲由ActionForms開發(fā)、505Games發(fā)行。游戲背景設定在1968年北冰洋的俄羅斯海岸附近，男主角是氣象學家AlexanderNesterov，其任務則是調(diào)查一艘在那里冰凍多年的核動力破冰船北風號(NorthWind)，在兇殘的實驗室變異生物的追殺中尋找船長的死因。

◆Mirrors Edge

該游戲是一款由EADICE開發(fā)的第一人稱動作游戲。游戲出版商美國藝電于2008年11月12日發(fā)布了該游戲的Xbox360、PS3版，并于2009年1月13日推出PC版。

游戲同樣使用了虛幻3引擎，并加入了由IlluminateLabs開發(fā)的全新光照系統(tǒng)，幫助制作團隊創(chuàng)作出簡單明快的畫面風格。PC版還特別支持全屏抗鋸齒和PhysX物理加速技術。

◆PhysX物理加速技術的未來

可以預測，物理加速技術肯定會成為未來游戲發(fā)展的一種趨勢，更真實的物理演算、更震撼的物理效果都會受到更多游戲玩家的追捧，這些也是游戲廠商所期待的效果。

我們從多款游戲的測試結(jié)果可以看到，不支持PhysXGPU物理加速使Radeon顯卡處于劣勢，雖然在部分游戲中可把大量而繁雜的物理計算交由四核心Corei7處理器來進行，但并行計算一向是CPU的弱項，比起擁有數(shù)百核心的GeForce顯卡只能望其項背了。

弊端所在——向左：PhysX增加GPU負擔，排除ATI顯卡

雖然GeForce顯卡背后有PhysX撐腰，但有一點是必須承認的，由于GPU必須同時進行圖形渲染以及物理計算，勢必加大GPU的負擔，故在游戲中將不可避免地造成性能損失。尤其是一些定位較低、流處理器較少的GeForce顯卡，在部分要求苛刻的游戲中開啟PhysX加速后將會使游戲性能大幅下滑，甚至不能保證玩家在游戲中得到最基本的流暢體驗。

有部分使用ATI顯卡的DIY玩家想出了一個法子，就是采用一張高端的Radeon顯卡搭配低端的GeForce顯卡，使用Radeon顯卡來進行圖形渲染，而GeForce顯卡則輔以PhysX物理加速，這樣ATI顯卡用戶也可享受GPU物理加速了。不過可惜的是NVIDIA已經(jīng)在最新的驅(qū)動中加以屏蔽，各位DIYer又要費一把勁了。

NVIDIA在PhysX技術上采取了過于保守的策略，禁止PhysX在非自家產(chǎn)品平臺上應用把競爭對手產(chǎn)品排除在外。這種做法雖有利于自家產(chǎn)品的推廣，但卻限制了消費者的選擇權利，這勢必制約PhysX的進一步發(fā)展，因為沒有哪一家游戲廠商會甘心放棄如此龐大的Radeon顯卡用戶群體。對于一名普通游戲玩家而言，目前還不至于到“非PhysX顯卡不選”的地步。

利益之處——向右：PhysX發(fā)揮GPU計算優(yōu)勢，帶來更完美游戲體驗！

無可厚非，PhysX技術能夠在游戲中為消費者帶來了更加真實和完美的體驗，而且利用GPU強大的并行計算能力這點也是其他物理引擎不能比擬的。PhysX技術可以說是一項非常有前途的物理加速技術。

無需置疑的一點是NVIDIA接下來肯定會繼續(xù)加大力度推廣PhysX技術，讓其朝著有利的方向大步前行。