改变历史的引擎 Physx携众物理游戏测试

http://bak3.beareyes.com.cn/2/lib/200808/06/20080806512_0.htm

物理加速是这样的……

　　一声巨响，山体爆开，石块夹杂着头上的暴雨落在众人身上，烈火示意大家找掩体躲避。在众人眼瞳中，可以看到宁爷终于露出真身，原来竟是一头长着观音头佛祖身体拖着一条鳄鱼尾巴的怪兽。Metal骂道：“呸，宁爷还真成神了！看他那身型套，要是换成观音身体佛爷脑袋也好啊，反正我只看腿！”竹子在旁边指着Zz的钢盔说：“不让你带这玩意儿，你偏带，我这被雨淋不算，雨点砸到钢盔的还往我身上溅。”Zz傻傻的道：“啥子嘛，我带着总比留在矿洞里给民工当饭盆用好嘛。”烈火一直盯着宁爷的动静，此时见到宁爷离我们越来越近，叫道：“丫们都别扯淡了，开始干活，救不出欢子都给我滚蛋！”随机抄起鬼头刀一马当先迎上宁爷，Zz与Metal端起AK-47紧随其后，竹子一看没他啥事了，心想：你们去冲吧，我到树上躲会雨。

　　Zz与Metal疯狂的向着宁爷脸上射击，但是根本无法挡住宁爷前进的步伐，但是满屏的子弹也迫使宁爷紧闭眼皮，手舞足蹈的挡着子弹，烈火见有机可乘，栖身到宁爷尾部，挥起鬼头刀着尾部就剁，宁爷吃痛，一挥尾巴将烈火横扫出去，此时竹子爬树刚到一半，见一物飞过来来不及躲避，与烈火撞个正着，只撞的竹子头晕脑胀，两人一起跌落树下。烈火看看刀已经断了两截，骂道："WolStame个奸商，还告诉我这刀能屠龙呢！连个鳄鱼都宰不了。”

　　与此同时，Zz与Metal的AK-47也阻挡不了宁爷的来势，此时已经被宁爷一手一个捏在手里，眼见性命不保，竹子顾不得的疼痛，大叫：“不怕，我来了！”随手把自己的小片刀扔给烈火，躲到烈火身后去了。烈火白了竹子一眼接过刀，就要往上冲。此时由于刚刚宁爷破山而出，再加上暴雨一直未停，另一座山峰天然形成的湖泊的水倾池而下，洪水夹着着被宁爷弄得满地的巨石瞬间便已到近前，众人便已被水冲的东倒西歪，竹子在烈火身后，不小心被一颗巨石砸在背后一口鲜血喷出，眼看性命不保，烈火回头对竹子道：“有啥遗言快讲，我还得去救人！”竹子断断续续的道：“这……这……算工伤不？”随即咽气。

　　宁爷也受不了洪水的冲击扔下Zz与Metal在水里乱拍。此时Zz恍然大悟：原来宁爷不会水，真不知道它那鳄鱼尾巴是不是摆设。烈火见有机可乘，拎起片刀顺着宁爷的大嘴就钻了进去，Metal怕烈火有危险，也要同去，Zz拉住Metal道：“不用了撒，进去宁爷的体内，欢子就得救了！”片刻，只见宁爷从头部开始裂开一道金光，烈火抱着欢子从宁爷脑袋里走了出来……

　　夕阳下，三男一女走在回家的路上，衣袂飘飘，头上乌鸦与蚊子在嘎嘎吱吱的叫着。战场上，洪水退去，几十只饿狼围着被咬的只剩下半只身子的竹子继续撕咬着……

如果这一切没有物理特效

　　一声巨响，炸开一个小山洞，众人站在宁爷面前，原来宁爷竟是一头长着观音头佛祖身体拖着一条鳄鱼尾巴的怪兽。Metal骂道：“呸，宁爷还真成神了！看他那身型套，要是换成观音身体佛爷脑袋也好啊，反正我只看腿！”竹子在旁边指着Zz的钢盔说：“…….”，Zz看了竹子一眼：“……”。烈火一直盯着宁爷的动静，此时见到宁爷离我们越来越近，叫道：“丫们都别扯淡了，开始干活，救不出欢子都给我滚蛋！”随机抄起鬼头刀一马当先迎上宁爷，Zz与Metal端起AK-47紧随其后，竹子一看没他啥事了，心想：你们去冲吧，我到树上看热闹。

　　Zz与Metal疯狂的向着宁爷脸上射击，但是根本无法挡住宁爷前进的步伐，烈火栖身到宁爷尾部，挥起鬼头刀着尾部就剁，拼命的剁着，此时竹子在爬树。

　　剧情需要，洪水来了，竹子被从树上冲下死掉（这次应该不算工伤了），烈火被游戏动画送入宁爷口中经过一番乱剁救得欢子，夕阳下，三男一女走在回家的路上，走路的大腿都能穿破衣服的布料。战场上，几十只饿狼围着竹子继续撕咬着，但是估计狼也很纳闷，为啥咋要就是不掉肉呢……

当然还可以这样

　　请注意显示器下方一条长长的能量槽，那是BOSS宁爷的，上方式4条长度不一的能量槽，烈火、Zz、Metal、竹子拿着各自的武器与宁爷你一刀我一枪的对砍着，竹子能量最少，最先挂掉，然后其他三人凭借吃血，加光环把宁爷解决掉，救出欢子，然后动画出现，最后出现众人回家画面及竹子的尸体与机械的咬着的饿狼……

一切为了真实

　　游戏的发展之路就是为了真实，从儿时记忆中的超级马里奥，到初步拥有3D效果的极品飞车，再到以阴影著称的DOOMIII，再到将HDR效果发挥淋漓尽致的Fracry，我们一直都在追求着完美的游戏画面；另一方面，我们也注意到人物在奔跑时雪地上留下的脚印，CS中那可以穿透墙壁的枪械设置，Half-Life 2中枪械可以将地上的瓶子打起打碎，以及到后来Crysis中射击树木掉落时可以对人体造成伤害。这两条路其实就是游戏所追求的两种真实，静态真实与动态真实。

　　静态真实与动态真实的概念都不难理解，所谓静态真实，就是使游戏画面看起来更加接近现实中的人或事物，这也是游戏发展中的主流，但凡大作都会在游戏画面上大作文章，让我们可以看到更加接近现实场景，微软的DirectX API历代更新也均以静态真实为主导。动态真实指得是在游戏中产生互动时的真实感受，比如水波的荡漾，树木随风摆动，枪械设计到不同物体上产生不同的弹道反射，倾泻而下的瀑布与山脚岩石所形成的交互水花等等，人物上真实的衣料摆动。

　　文章开篇中描述的山体爆炸，石块纷纷落下，烈火飞起后撞翻竹子，宁爷被AK-47射击够眼皮与手脚格挡，洪水爆发冲击岩石砸死竹子，夕阳下衣袂飘飘及竹子被恶狼咬的只剩下半个身体的身子，都是动态真实。

　　静态真实被众多的游戏厂商重视，也是玩家们最津津乐道的，人们常常以游戏画面来衡量一款游戏的好坏，大作发布前期都喜欢放出一些唯美的游戏画面来吸引玩家，相比之下，动态真实则还没有引起足够的重视，直到2006年Ageia发布物理PhysX加速卡时，动态真实的物理加速概念才逐渐被人们接受。

物理加速精髓：实时互动

　　也许很多人不能理解，在物理加速概念出现以前，我们也可以在游戏画面中看到诸如瀑布撞击岩石后形成水花、衣服随风摆动等等物理加速标榜的画面，这又是为什么？答案就是你所看到的水花、衣摆都是实现录制好可以实现的游戏画面，而并非根据真实的环境碰撞、摩擦等因素计算得出。比如没有物理加速，你观看瀑布的水花都是一个形状，不会与岩石产生互动变化，衣摆也无法根据风向与物体接触后而产生形状改变，无法与外界产生互动。再比如游戏中人物死亡都是一种倒地方法，如果死在墙边身体就要有一部分倒在墙壁里面等等。

CS死法固定

　　而我们知道，现实环境中的物体并不是这个样子，很多时候物体之间都在互相影响，比如人头部中枪与腹部中枪后的倒地方式不可能一样，人身体的衣服随着走路方式的改变与风向的改变也不可能是一成不变，山体滑坡的岩石由于体积与质量不同在滚落时也不可能是千篇一律，森林中的树木不会每棵长相都一样，随风舞动时也不会彼此互不干扰。

　　也就是说，在没有物理加速前，游戏中我们所见的所谓“物理效果”其实都是死的，按照之前游戏AI录制好的方式运动，不会周围的事物产生任何的影响，而物理特效要解决的正是这一问题，因为没有希望游戏的画面看起来虽然真实，但是玩起来却非常的假，实时的互动就是物理加速的精髓所在。

MKZ中死亡模式已经多样化

　　在2006年Ageia发布物理PhysX加速卡时，我曾经猜想3D加速成就了3DFX，物理加速会不会成就了Ageia，不过这种猜想在残酷的商业竞争中并没有实现，Ageia最终也没有逃过被收购的命运，不过让我们感到庆幸的是PhysX加速引擎被NVIDIA保留下来就在CUDA架构中发扬光大，至此，游戏的画面的炒作在近年经历了阴影、HDR特效、DirectX 10特效之后，今后将是一个物理加速的时代。

PhysX引擎详解

　　目前的物理引擎主要有PhysX与Havok，关于这两家引擎的前生今世在此就不多做介绍了，有兴趣的朋友可见参见《Havok VS PhysX 漫谈物理加速世界！》一文，今天主要介绍NVIDIA接手后的PhysX引擎。

　　NVIDIA将PhysX引擎集成到CUDA架构的物理运算中，这样就可以是GeForce 8/9及GT200系列全部都支持PhysX引擎，所有目前已使用PhysX技术的游戏都支持新版驱动程序，如果装有支持CUDA平台的显卡，游戏将自动选取显卡进行物理加速运算，否则仍会使用性能较慢的CPU进行运算。此外，PhysX并不只使用于游戏市场，同时亦会运用 CUDA通用运算领域上，应用更广。

　　论是GPU还是CPU、PPU、Cell（PS3）都可以通过HAL翻译层来实现软、固质体动力(Soft or Rigid Body Dynamics)、通用碰撞侦测(Universal Collision Detection)、有限元素分析(Finite Element Analysis)、流体动力(Fluid Dynamics)、毛发模拟(Hair Simulation)，以及更更高级开发平台APEX中的更先进的布料模拟(Cloth Simulation)、自然模拟（Natural Motion）等在内新颖技术。

　　通过过CUDA通用接口，PhysX引擎将NVIDIA GPU中的Thread Scheduler（线程管理器）模拟成Control Engine(控制引擎CE)，而Streaming Processors来模拟Vector Processing Engine(矢量处理引擎,VPE)，其中CE控制引擎负责任务的指派，相当于PhysX中的主管机构，而真正的物理运算任务则是由VPE矢量引擎来完成，最后通过Data Movement Engine(数据移动引擎DME)输出。

双卡模式下的PhysX

　　根据NVIDIA表示，PhysX引擎虽然通过CUDA架构实现物理加速，不过其驱动将作为独立的API出现，不断更新以实现更多的特效，并且变得更加简化开发者使用的难度，类似于微软的DirectX引擎，在安装完PhysX物理驱动后，我们可以在PhysX的控制面版中控制物理加速的开启与关闭，非常方便。

　　NVIDIA PhysX物理加速的另一种方式就是SLI模式，其实NVIDIA在当年以Havok FX引擎实现物理加速的时候正是使用的这一方法，通过SLI模式中一块显卡进行GPU运算，另一块显卡则进行物理加速运算，NVIDIA此次将SLI物理加速模式再次搬上台面就更加人性化了。我们知道NVIDIA一相主张对等模式的SLI，即SLI模式下两款显卡必须完全相同，不过此次使用PhysX进行物理加速运算已经不在有此顾虑，NVIDIA允许非对等SLI物理加速模式存在，这样我们就可以使用一块性能较好的显卡做图形运算，而另一块显卡用于物理运算。

　　在以前的文章中我们也不止一次的提到，双卡模式的物理加速应该是目前较好的解决方式，因为目前的游戏对与GPU来说还是被追逐的关系，即游戏的要求要略高于目前的硬件发展水平，这样本来就很吃力的显卡在分一部分功能去做物理运算，再强的骆驼也会被稻草压死，因此使用一款较老的显卡来做物理运算就显得非常合理，同时也非常经济，因为一块G84所提供的物理加速能力也不会比目前顶级的4核CPU差，而两者的价格却相差几倍。

　　关于GPU为什么比CPU更适合做物理加速运算在《Havok VS PhysX 漫谈物理加速世界！》一文中已有详细介绍，这里不多废话了！

PhysX已获众多游戏支持

　　PhysX软件被广泛应用于150多个游戏中，开发人员超越25000人，软件注册用户数量已超过10,000名。索尼的Playstation 3、微软的Xbox 360、任天堂的Wii以及个人计算机均支持PhysX，PC中支持多核CPU，GPU，PPU，并且是唯一CPU和CPU+GPU物理解决方案。

　　此外，PhysX设计用途是利用具备数百个内核的强大处理器来进行硬件加速。加上GPU超强的并行处理能力，PhysX将使物理加速处理能力呈指数倍增长并将游戏体验提升至一个全新的水平，在游戏中呈现丰富多彩、身临其境的物理学游戏环境。其中特色如下：

爆炸引起的烟尘和随之产生的碎片

复杂、连贯的几何学计算使人物的动作和互动更加逼真

其视觉效果令人叹为观止的全新武器

布纹的编织和撕裂效果非常自然

运动物体周围烟雾翻腾

　　目前采用NVIDIA PhysX的开发者数量正在呈几何式增长，在通过CUDA实现GeForce运行PhysX的第一个月中，超过12个AAA级游戏开发商签约采用GeForce PhysX，这比AgeIA在两年内签约的项目还要多，因为物理+图形计算一体化解决方案更受开发者的钟爱。

	PhysX	其它
CPU	Yes	Yes
PC加速	Yes	No
XBox360	Yes	Yes
PS3	Yes	Yes
Wii	Yes	Yes

　　到现在为止，已经有超过150款游戏采用PhysX物理引擎，包括我们熟知的虚幻竞技场3，即将发布的支持Geforce PhysX的游戏；《Backbreaker》By Natural Motion，《Bionic Commando》by GRIN，《Borderlands》by Gearbox Software，《Shadow Harvest》by Black Lion，《Space Siegek》by GPG，《Mirrors Edge》by DICE，《MStar》by Nurien，《APB》By Realtime Worlds。

NVIDIA演示DEMO——《Fluids》

　　NVIDIA给出了两个物理演示DEMO，《Fluids》及《The Great Kulu》，其中《Fluids》主要演示了流体效果，而《The Great Kulu》则是演示的软体效果，下面我们先来看一下《Fluids》。

　　水流从管中喷出后悔冲击院中的木箱，并且每次木箱被冲击的位置与倾倒的方向均不相同，我们也可以注意此DEMO中的水面流动的效果是在任何游戏也无法看到的，非常的真实，其实整个水面是有60000个单独的粒子组成，与我们以往游戏中所见到的采用顶点位移贴图性能的水面效果不在一个水平线上。

　　《Fluids》中的另一个场景是NVIDIA logo做成的玻璃容器，我们可以通过鼠标来控制玻璃容器的方向从而使里面的液体流动，效果非常的真实，其实的水也是由无数的粒子构成。在这个演示DEMO中，开启硬件物理加速大概在38FPS左右，如果用CPU做运算则只有3FPS。（CPU:Q9550 GPU:GTX 280）

NVIDIA演示DEMO—《The Great Kulu》

　　《The Great Kulu》是一个非常有意思的DEMO，讲速的是一个类似于食人花的怪兽被人们抓住，玩家可以使用电棍对其进行点击，食人花被击中的部位机会产生反应，另外控制住食人花的装置吹出风也可以使怪物身上产生反应，最后玩家走出屋子时不小心将装置的电源踢掉，食人花逃出后玩家要将其消灭。

　　PS：制作这个DEMO的人可能是个虐待狂！

虚幻3中的物理地图包

　　虚幻3中加入了3张物理加速地图，这也是最早在GeForce显卡上实现Physx物理加速的游戏，由于此游戏我们在之前的文章有过详细的评测，因此我们再次就不多介绍了，感兴趣的朋友参见《一起来发泄吧！征战UT3 Physx物理地图》一文。

　　如攻击建筑物、箱子等硬物，都能造成和真实物理世界中同样的移动或滚动，同样能给敌人以致命的攻击；大量融入真实世界中的物理原理，游戏角色的反应与动作都高度拟真化，并和繁复且细腻的动态场景形成自然而生动的互动。因此为了赢得战争，玩家需要依据环境采取崭新有效的进攻和防御策略。

　　此游戏GPU与CPU物理加速的区别在大分辨率下不是很明显，成绩请参见《一起来发泄吧！征战UT3 Physx物理地图》一文。

逼劲舞团下岗—《Mstar》

　　《Mstar》是首款采用大名鼎鼎的虚幻引擎3的休闲社交网游作品，与以前的舞蹈类游戏的卡通化人设不同，这款游戏的人设极度写实，画面更为精美，因而给玩家带来的游戏体验更为真实。得益于虚幻3的强大功能，《Mstar》的舞蹈动作也更为流畅灵活，尤其是随人走动时产生的衣摆效果，栩栩如生。

Mstar（CPU:Q9550 GPU：GTX 280）
	GPU	CPU
1280x1024 4AA	66	44

　　GPU做物理加速可以达到66帧，而四核CPU也仅有44FPS，相差65%。

　　PS：So Sexy！

国产网游巨制《MKZ》

　　关于《MKZ》我们之前也曾经有一篇详细的解析《国内支持首款Physx物理引擎网游MKZ详解》，这款游戏可以说是国产网游中的翘楚，逼真的物理特效让人身临其境，其中的布料、爆炸、粒子效果非常的突出。

MKZ（CPU:Q9550 GPU：GTX 280）
	GPU	CPU
1280x1024 2AA	51	21
1920x1200 4AA	49	17

尽情破坏—《warmonger》

　　该游戏基于Epic Games的虚幻引擎3，在搭配PhysX物理驱动后，游戏的效果有了很大不同，玩家可以在里边尽情破坏。该游戏提出了一种所谓的“动态游戏玩法”。在游戏里，玩家是无处躲藏的，因为墙壁和石头都能被武器轰开，让玩家只能疲于奔命。新的玩法将PhysX物理加速发挥到了极致。

warmonger（CPU:Q9550 GPU：GTX 280）
	GPU	CPU
1024x768	77	17

　　此项测试GPU做物理加速的效果非常明显，领先CPU做物理运算达4倍有余。

秋风扫落叶—《幽灵行动：尖峰战士2》

　　《幽灵行动：尖峰战士》是最早一批支持phyxs物理加速的游戏，还记得当年对着地面一顿乱枪之后游戏帧数急剧下降吗？那就是《幽灵行动：尖峰战士》中的粒子效果，新一代的《幽灵行动：尖峰战士2》则可以实现更多的物理效果，比如爆炸、秋风中的落叶，树木也可以与《Crysis》一样被打断，树叶在风中摇曳……

幽灵行动：尖峰战士2（CPU:Q9550 GPU：GTX 280）
	GPU	CPU
2560x1600 AA开启	72	8

　　《幽灵行动：尖峰战士2》的差距达到了9倍，注意这个成绩仅是秋风扫落叶静止时的帧数对比，爆炸时CPU进行物理运算已经是0帧，而GPU做运算则下降不是十分明显。

测试总结—物理加速改变视界

　　8月5日，NVIDIA正式发布了新一代Physx物理加速驱动，并且通过了WHQL认证，支持全系列GeForce 8/9系列显卡，玩家苦苦等待的GeForce 8/9系列显卡物理驱动终于到来了，NVIDIA成这是继SLI驱动发布后第二款具有历史意义的驱动，开启了一个GPU物理加速的新篇章。

　　其实人们最关心的问题有两个，第一就是物理特效今后能否主宰游戏，第二就是物理加速到底该由谁来做。第一个问题已经不需要太多的解释，游戏在经历了漫长的静态真实发展之后，动态真实是必然的发展之路，第二个问题就不是一两句话可以说清楚的了，CPU做物理运算有其好处，GPU运算也有其明显的优势，我们还是坚持以往的观点，GPU天生的并行运算架构确实是天生物理运算器，但是目前GPU的负担太重，也许NVIDIA提出的双卡模式下其中一块显卡做物理运算才是目前最好的选择。

　　我们也应该看到，任何新技术、新特效初期都不会尽如人意，就好象GeForce 6800Ultra玩不转大部分HDR游戏一样，但是随着新硬件的出现，这种状况将不断的改善，现在G84也可以流畅的运行虚幻3的HDR效果，更不用说目前的旗舰显卡，NVIDIA的Physx引擎也许现在看起来并不十分完美，但是其前景还是非常光明的，即使抛开硬件不谈，NVIDIA的THE WAY计划及虚幻3引擎也足以让Physx引擎遍地开花，改变游戏的未来。

虚幻3引擎

　　也许在不久的将来，文章开篇描述的战斗场面即将成为现实，当然爬树的肯定不是我……

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