讓遊戲畫面更逼真，DirectX原生支援光線追蹤技術

繪圖軟體API DirectX 12將開始原生支援光線追蹤（Raytracing ）技術，填補使用光柵化（Rasterization）渲染與真實3D場景畫面間的差距。微軟表示，支援光線追蹤技術並沒有加入新的GPU運算引擎，光線追蹤技術並不複雜，只是運算負擔很重。

DirectX新增了加速結構（Acceleration Structure）以支援DirectX光線追蹤功能（DXR），為GPU走訪（Traversal）全3D場景提供最佳化的格式，這個二階架構能最佳光線走訪，並且有效率的管理動態物件。

加速結構的下層結構紀錄了場景的幾何資訊，包括頂點以及索引等緩衝區，上層則儲存特定物體的副本列表以及變換矩陣等資訊，上層資訊會隨著每一幀動態更新。微軟表示，這樣的結構能幫助DXR有效的走訪複雜的幾何。

而在光柵化渲染工作管線（Pipeline）中，多數的遊戲會將相同材質的物體做批次渲染，以求加速畫面繪製速度，但是在光線追蹤工作管線中，難以有效的預測光線會碰撞到什麼材質的物體。因此光線追蹤工作管線狀態允許多組著色器與貼圖，當光線碰到物體A，能使用著色器P與貼圖X，當光線碰到物體B便能選用著色器Q與貼圖Y，如此便能保證光線在與物體碰撞時，能對該材料使用這確的著色器與貼圖。

另外，為支援DXR，DirectX還新增一系列HLSL著色器類型，包括Ray-generation、Closest-hit、Any-hit與Miss shaders，來描述光線在場景中與物體交互作用的實際計算方式。透過呼叫DispatchRays來調用光線產生著色器，以光線走訪加速結構，根據計算光線與物體碰撞情形，使用不同的著色器類型。

微軟Windows版遊戲開發調效與除錯工具PIX也支援了DXR API，因此支援捕捉以及分析以DXR技術所產生的畫面，幫助遊戲開發人員了解DXR與硬體的互動。開發者可以使用監控API，查看DXR工作管線中的資源狀態，並視覺化加速結構，微軟表示，這都是幫助開發者使用DXR的有利工具。

光線追蹤技術是一種3D電腦繪圖學計算畫面顏色的演算法，透過模擬光線與虛擬世界物體的交互作用，追蹤光線路徑以計算畫素顏色。雖然此方法計算畫面顏色的效果自然真實，但是其最大的缺點是效能極低，對於遊戲這類需要即時互動的應用，根本無用武之地。

受限於硬體計算能力，微軟表示，在過去30年幾乎所有的遊戲的畫面，都是使用光柵化渲染，雖然遊戲場景是3D建模，但是最終畫面的運算，皆是透過轉換矩陣投影至2D的螢幕畫面上，過程損失不少資訊，再加上採用深度剔除以及遮蔽剃除等技術減少計算，這些動作加速了畫面渲染，但同時也造成色彩失真。

微軟表示，DirectX並沒有為DXR增加新的GPU引擎，因為DXR的瓶頸在於運算負擔，而並非複雜的計算邏輯。隨著硬體計算能力越來越強大，光線追蹤技術應用的層面會逐漸增加。微軟認為，DXR最初會被用來補強當前的渲染技術，彌補光柵化渲染造成的失真。

隨著硬體的計算能力提升，接下來幾年DXR的使用率會增加，能夠用來達成真正的全域照明，而最終將會全面取代光柵化渲染。