3DMark06测试原理解析

当前文章所在位置：硬件评测周刊 - 技术空间第六代显卡杀手——3DMark06测试原理解析Cyndi 百事可乐 (2006年2月13日第5、6期合刊)毫无疑问，在显卡性能测试工具中，使用最广泛、最权威的莫过于3DMark系列软件了，自1999年诞生以来它就成为人们衡量硬件3D性能高低的标尺。

在饱受争议的3DMark05发布一年多之后的2006年1月19日，3DMark06如约而至。

这次，FutureMark给我们带来的是惊喜还是失望？3DMark06能延续前辈们的辉煌吗？3DMark06有哪些新变化1.加入了SM3.0及HDR特效大量SM3.0（即Shader Model 3.0）及HDR特效运用在真实游戏之中，让3DMark05只支持SM2.0的特性显得有些“落伍”，无法真实反映显卡在游戏中的性能。

目前NVIDIA 和ATI的主流产品都已支持SM3.0及HDR特效（如GeForce 6600和Radeon X1600），这也使得Futuremark在新作品中加入该测试项目显得水到渠成。

2.改变了CPU测试在3DMark06中，CPU测试部分的改变称得上脱胎换骨：CPU测试得分不再是可有可无，而是强制运行并加入到综合得分中，这意味着即使在同一块显卡的情况下，使用不同的CPU得出的综合分数将可能有较大差异；CPU测试方面使用了AGEIA公司的PhysX物理引擎，加入了模拟物理计算和AI计算，这使测试更加贴近CPU在真实游戏中扮演的角色。

可以看出，3DMark06更加侧重于衡量整机在真实游戏中的性能。

3.改变了得分计算方法3DMark系列软件之所以成为深受大家青睐的显卡测试工具，和它简便易用的测试方法是分不开的。

不过，3DMark06在成绩计算方法上有了不小的改变：CPU得分将计入综合得分中，而且SM2.0和SM3.0/HDR的测试分数将分别列出，并计入总分。

这样一来，程序将更清楚地反映显卡在SM2.0和SM3.0模式下的性能。

注：3DMark06推荐系统配置* 兼容DirectX 9的显卡，最低支持Pixel Shader 2.0，显存容量为256MB或更大。

* 主频为2.5GHz或以上的处理器* 1GB内存* 1.5GB硬盘空间* Windows XP SP2操作系统（安装最新补丁）* 安装DirectX 9.0c、Excel 2003和IE6* 在运行HDR/SM3.0显卡测试时，显卡必须支持Pixel Shader3.03DMark06常规测试项目3DMark06测试的最后分数由SM2.0、HDR/SM3.0和CPU的表现决定。

其中SM2.0测试部分包括“Return to Proxycon”和“Firefly Forest”两个场景；而HDR/SM3.0测试则包括了“Canyou Flight”和“Deep Freeze”两个场景；CPU测试部分由“Red Valley”场景构成。

SM2.0和HDR/SM3.0的得分主要根据场景GT1和GT2来决定；CPU得分主要由CPU1 fps 乘以CPU2 fps的值开平方以后再乘以2500得到；而3DMark06的最后分数公式中显卡和CPU得分是变量，其中显卡得分计算公式有两种，判断方法主要是根据显卡是否支持HDR/SM3.0——如果显卡不能完全支持HDR/SM3.0，此时它的得分会有一定的增加。

这样一来，某些不完全支持HDR/SM3.0但性能又较强的显卡不至于得分较低。

值得注意的是，随着CPU对3D性能影响的增大，3DMark06的常规测试中CPU测试将会被强制进行，同时CPU的测试成绩也将会影响最后的总分。

3DMark06得分计算公式：SM2.0得分＝120×0.5×（SM2 GT1 fps + SM2 GT2 fps）HDR/SM3.0得分＝100×0.5×（SM3 GT1 fps + SM3 GT2 fps）CPU得分＝2500×Sqrt（CPU1 fps×CPU2 fps）总得分＝2.5×1.0/［( 1.7/GS＋0.3/CPU得分)/2］对于只能进行SM2.0测试的显卡，GS得分＝0.75×SM2.0得分对于可完成所有测试的显卡，GS得分＝0.5×（SM2.0得分＋HDR/SM3.0得分）1.Return to Proxycon测试（SM2.0）用过3DMark05的朋友对Return to Proxycon场景一定不会陌生，但这里并不是旧瓶装新酒，它是在3DMark05的基础上对引擎进行了升级，包括艺术效果和阴影技术。

该场景对硬件要求相对较低，只要显卡支持SM2.0就可以。

SM2.0在动态阴影技术帮助之下带来了更精美的画面和更多的光影变幻。

该场景场面十分庞大，是一项特别适合于多人联网射击游戏的测试项目。

为了使太空船内部的地表和物体更好地表现出金属感，这里使用了经典的Blinn-Phong（3D模型的着色方式）的光照模型（光照模型是图形渲染的基础，使用各种不同的光照模型可以表现各种不同物体表面属性。

Blinn-Phong光照模型由著名的图形学家Blinn所提出，由于它使用了“双向反射率”和“微平面法线”，因此很接近现实中的塑料、金属等物体表面质感；而Phong则加入了高光系数可以渲染出高光的效果）。

太空船中的天花板上有多个光源，但是其中大多数光源来自上方或者后部，另外还有一个方向性光源（Directional Lights）照射采用CSM（Cascaded Shadow Maps，层叠阴影映射）模式来生成被照射物体的阴影。

此外，该场景有很多点光源作为照明，其中大部分产生了阴影。

走廊采用了点光源投射阴影（Point Light Throwing Shadow），采用1024×1024×6规格的立方硬件阴影贴图。

整个场景一共使用了26个光源（3DMark05中只有8个）。

小知识：什么是GSMCSM是一种对全屏范围内所有物体进行独立高质量渲染的技术，它把Z轴分为五个部分，每个部分都采用统一的2048×2048阴影贴图。

如果硬件支持深度纹理，将使用D24X8或者DF24深度贴图；如果硬件不支持，那么将用R32F单结构浮点纹理来代替，此时将禁用硬件阴影贴图。

如果需要高精度渲染而且硬件阴影贴图默认打开，那么单个缓冲将被使用五次。

2.Firefly Forest测试（SM2.0）Firefly Forest测试场景也是由3DMark05改进而来。

两者相比，3DMark06在以前的基础上增加了另外一只萤火虫。

这个场景描述了森林被满月照射时，但光线仍然有些微暗，萤火虫会发出更为强烈的光线以照亮自己飞过区域的景象。

在这个场景中，周围环境为茂密的植物及部分岩石，能见度较低，场景中地面材质的处理方式与第一场景类似，采用了Blinn-Phong光照模型，与之不同的是增加了漫反射效果。

该场景中岩石由金属材质光泽的贴图构成，场景采用了高细节的几何模型，以及大气散射和雾化效果。

场景中月光同样为方向性光源（Directional Lights）并采用CSM模式来生成被照射物体的阴影，萤火虫则是点光源投射阴影。

3.Canyon Flight测试（SM3.0）SM3.0的第一个测试场景虽然也来自于3DMark05，但它所采用的引擎已经有了翻天覆地的变化——不仅使用了SM3.0技术，而且HDR效果布满了整个屏幕，并使用了全新的阴影滤波技术。

该场景描述的是一个飞艇经过被海洋怪物保护的峡谷，在用重炮攻击无效后，飞行员点燃后燃器逃离峡谷。

该场景采用了大量HDR渲染，并且有平滑的阴影处理和复合SM3.0处理。

SM3.0与SM2.0相比，优势在以下几个方面：（1）渲染程序指令限制 (Shader Length)的增加意味着Pixel Shader 3.0可以支持更复杂的绘图指令演算、容纳更多的光影及材质运算、让游戏开发者的限制进一步减小，从而使得游戏画面有着更多的表现；（2）动态流程控制/动态分支选项（Dynamic Flow Control/Dynamic Branching），不仅可以直接省略许多非必要的程序运算段，也可以略过许多不需要用到的指令部分，从而减少运行指令集的长度，提高显示核心的运算效率；（3）多重渲染目标（Multiple Render Targets, MRT）可以使显卡不用重复计算场景，并且，在场景中看不到的物体模型也会被略过不再计算，以提高显示芯片运行游戏的性能；（4）顶点材质（Vertex Texture）在SM3.0中可以直接存取材质数据，为场景中的每个组件、表面及角色提供更高的层次感与逼真度。

4.Deep Freeze测试（SM3.0）Deep Freeze是一项全新的测试场景，主要展示了一个南极探险基地情形。

HDR （High Dynamic Range，高动态范围）技术是该场景最大的亮点。

Deep Freeze是一项全新的测试场景，主要展示了一个南极探险基地情形。

地面的雪和金属箱子采用了不同的渲染方式，其中雪采用了Blinn-Phong处理，包括2个Normal Map和1个Color Map，通过粒子的重力和不同种类雾的使用，场景很好地营造了暴风雪的气氛。

随着太阳落山周围环境发生了显著的变化，为了实现这一效果采用了两对立方体贴图混合处理，分别负责散射与反射，弯曲是按照实际物理现象渲染的。

天空采用比较简单的大气光源散射效果，在日落的时候，两种立方贴图的混合达成，一种是散射而另外一种是镜面反射。

场景中HDR的处理值动态范围在11.000左右，只有强劲的显卡才能运行自如。

5.Red Valley测试（CPU测试项目）通过降低图形测试场景分辨率来获得CPU成绩的做法，在3DMark06身上并没有得到延续，Red Valley（红色峡谷）是为CPU量身定做的一个测试场景。

我们知道，游戏场景所产生的负载来自于游戏逻辑、物理处理和AI（人工智能）设计，其中AI设计对于游戏可玩度的提高非常重要，而物理处理正是作为3D辅助渲染而产生的。

3DMark06的物理引擎采用了AGEIA公司（因PPU而闻名）的产品。

在整个测试中，CPU被锁定在一个较低的帧速下，以保证图形性能不会影响到CPU的分数，基于同样的理由，测试场景也没有用动态阴影技术。

CPU的测试包括两个不同的项目，它们分别在寻找路径的负责程度、AI高低、持续时间上有一定区别。

Return to Proxycon场景中采用了更精细的纹理和更复杂的阴影相对于前作，Firefly Forest场景中的光源复杂程度明显提升Canyon Flight场景中水面的反射和水怪的身体都采用了HDR漫天风雪和场景中极高反差都是SM3+HDR的功劳Red Valley为一个带有曲径的峡谷场景3DMark06特性测试项目尽管在3DMark06中通过Game Test和CPU Test就能获得一个3DMark得分，并以此衡量整套系统在未来3D应用中的表现。