DirectX不是全部！3D游戏图形技术解析

3D游戏图形技术之六—高动态范围光照（HDR）（图24）

图24

● 大名鼎鼎的HDR技术再次缩水

HDR（High Dynamic Range，高动态范围光照）技术相信很多人并不陌生，想当年DX9C SM3.0面世时，正是凭借HDR技术一举成名，HDR所带来的绚丽光影效果给玩家极强的视觉震撼，但却产生了很多负面效果，这些历史遗留问题时至今日都没有得到完美解决。

几乎所有的图形技术都是随着时间的推移来进一步增强效果，只有HDR被一而再再而三的“缩水”，这是为什么呢？

● DX9C时代HDR与AA水火不容

HDR技术通过采用浮点格式的颜色代码来为纹理、光照等计算提供极大的精度和颜色范围（以前的纹理一般都是采用整数型的颜色格式）。尽管最后显示到屏幕上还是每个颜色通道8位的整数格式，但是以前的材质、光照计算中纹理也是用每通道8位的格式来参与计算，所以在显示到画面之前，很多细节就在低精度的运算中丢失了。

HDR效果虽然很美，但在DX9C模式下进行16位浮点（FP16）运算时，会占用到原本属于多重采样抗锯齿（MSAA）的缓冲区域，使得游戏开启HDR后无法进行FSAA处理。当年的一大批DX9C游戏都是如此，比如《孤岛惊魂》、《细胞分裂》、《虚幻3》引擎的全系列游戏。

● ATI X1000和XBOX360是个例外

ATI的DX9C显卡发布较晚，因此在设计之初就考虑到了HDR+AA的需要，整合了额外的缓存，只要通过游戏或者驱动重新指定另外的缓冲区，就能完美支持HDR+AA效果，所以X1000系列和XBOX360主机都能支持HDR+AA。（图25）

图25

不过ATI的HDR+AA方案并不是业界标准，还是有不少游戏无法同时开启HDR和AA，通过驱动强行更改缓冲区的方式和一些游戏有兼容性问题，ATI官方都不认可这种做法。

●DX10时代，新增两种HDR颜色格式

为了解决困扰业界已久的HDR+AA问题，微软在DX10当中加入了两种新的HDR格式，对每个颜色通道16位浮点数的格式进行删减，第一种是R11G11B10（红色绿色各11位，蓝色10位，总计32位），另一种是红绿蓝各9位共享5位指数（计算机中浮点数是尾数附加指数的形式来表示）。

新增的两种HDR格式都只有32位，而并非DX9C时代的48位（FP16x3），所以动态范围精度有些下降，但好处就是新的HDR不会与MSAA抢占缓冲区，所消耗的显存也大大减少，效率和兼容性提高，至于光影效果的缩水其实很难看出来。

● DX11时代，新增HDR纹理压缩技术

HDR除了不支持抗锯齿外，还不支持纹理压缩技术，因为HDR在设计之初的要求就是光照和纹理都必须保持高精度。随着时代的发展，游戏的分辨率越来越高，纹理贴图越来越精细，而纹理贴图如果不经压缩就放在显存里面的话，容量是相当恐怖的，因此新一代的游戏显存消耗成倍增加，这其中罪魁祸首其实还是HDR技术。

为了解决这个显存消耗大户，在DX11当中又新增了一种专为HDR设计的纹理压缩格式：BC6H，压缩比高达6：1。

下图展示的是图像通过BC6H压缩模式进行压缩的前后效果对比图。其中左边的图像为原始图像，中间的是在压缩过程中损失的一些细节，而右边的就是压缩后的图像。可以看出，从画质上来看几乎没有损失（肉眼看不出），但是却可以大幅度降低显存的占用。（图26）

图26

经过了DX9C、DX10和DX11三代API，HDR技术在神不知鬼不觉的情况下被两次“缩水”之后，才真正走向成熟，由此可见好的图形技术不光是要效果出色，更重要的是拥有高效率和实用性，才能被更多的游戏所接受，被更多的显卡所支持。