关于专业显卡

目录：一、专业图形卡能作些什么？二、名词解释三、专业图形卡历史简介四、当今专业图形卡所需具备的特性五、参测产品介绍——NVIDIA QuadroFX 1400六、参测产品介绍——ATI FireGL V7100七、参测产品介绍——3Dlabs Wildcat Realizm 800八、测试结果与分析——SPEC Viewpref 8.01九、测试结果与分析——SPECapc for Maya 6十、测试结果与分析——SPECapc for 3ds max7十一、总结一、专业图形卡能作些什么？近年来图形卡产品有了爆炸式的增长，专业图形卡产品和娱乐图形卡产品的界限越来越模糊。

许多DIY er通过RivaTuner等工具轻易的修改Geforce为Quadro、修改Radeon为FireGL。

但是这样的修改并没有使得专业图形卡的价格有所下降，专业图形卡的价格依然几倍于娱乐图形卡。

即便是Quadro和Geforce有如此亲近的血缘关系，两者的价格依然是天渊之别。

有DIY er认为将Geforce通过各种软件修改为Quadro就能得到一张专业的图形卡，这张修改来的图形卡在OpenGL方面的表现的确有了明显的提升。

但这就是专用图形卡的全部吗？答案绝对是否定的。

要弄清楚专业图形卡和娱乐图形卡的区别，我们首先需要了解专业图形卡究竟能干些什么事情。

还有人认为如果拥有一片专业图形卡，那在运行3ds Max、Maya、Softimage XSI等DCC类软件时的速度将会大大提升、最终渲染时间也将极大缩短。

但是当他们花了几万元买来一片专业图形卡的时候，他们会发现这些软件的最终渲染时间并没有减少。

事实上现阶段专业图形卡最大的作用依然是加快DCC类软件的创作速度——无论是Quadro还是Wildcat，他们都着重于加速Maya、Softimage XSI等软件在建模、贴图、光照时候的视口工作区（Viewport）预览速度。

面对复杂的场景时，往往拖动一下鼠标、画一条直线都需要系统耗费大量时间来重新绘制预览工作区，这样整个创作过程就会变得极端低效。

一旦你有了这些专业图形卡，再次打开复杂的场景进行编辑修改时他们将会以实时的速度给你提供预览，而不必冗长的等待。

既然专业图形卡能加速DCC类软件的预览速度，为啥他们面对最终渲染时表现却那么强差人意呢？这个问题的答案正在不断变化。

2001年时，几乎所有的好莱坞特效/3D制作室都认为对最终渲染进行硬件加速的结果将是灾难性的。

这是因为当时的专业图形卡的可编程能力非常弱，渲染出来的结果往往和预计有着明显的差异。

而到了今天，在新一轮统计中众多的好莱坞工作室越来越多的在某些场景中使用硬件加速渲染。

这几年来随着GPU可编程能力的不断提升，GPU 终于也能渲染出和CPU软件渲染媲美的最终效果了，而前者的速度却是后者的几百倍甚至上万倍。

除了GPU可编程性能的提升外，各类3D软件对于硬件的支持也越来越成熟。

其中低端的3ds max在6.0内已经引入了DX9 Shader 加速预览Plug-in，到了3ds max7则将这个功能彻底加强。

中端市场的Maya从5.0开始加入了对硬件加速预览的支持，到了Maya 6.0时更是能够提供多种硬件加速预览、加速最终渲染的配置和方案。

至于电影级3D软件的王者Softimage XSI在3.0的时候对于硬件的支持已经非常领先了，在进化到4.0之后用硬件加速最终渲染的结果已经能和CPU Scanline软件渲染相提并论。

一旦OpenGL 2.0得到全面的应用，这些软件对于硬件的支持将会更进一步。

GPU在进步、软件在进步，但专业图形卡在DCC类软件中依然有着不可逾越的界限。

熟悉3D DCC类软件的朋友应该知道新版本的3D DCC软件往往包含3种渲染技术，他们分别是最为古老的Scanline 算法（扫描线算法)、Global Illumination（全局照明，包含Ray Trace，光线追踪算法、Radiosity，光能传递或者叫做辐射度算法）和最新引入的硬件渲染。

事实上硬件渲染也是基于Scanline的。

（稍后将会有这些名词作解析）然而，在日常应用中GI的优势已经越来越明显，许多设计师也更倾向于使用GI类渲染器来完成他们的工作。

由于Ray Trace算法和Radiosity算法包含大量的有限元分析计算和迭代，传统的GPU对此毫无办法，更遑论加速了。

直到现在，用GPU加速GI类计算依然处于实验室阶段。

在今年的SIGGRAPH 05中德国Sarrland大学展示了能够实时加速GI类计算的硬件SaarCOR的可运行版本。

其相关论文在2002年SIGGRAPH会议上已经发表，由此可见开发难度。

不要以为专业图形卡就只能画画3D图形，事实上他们的用处远远超过你的想象。

现代科学研究中根本无法离开专业图形卡的帮助，专业图形卡能够对可视化计算进行加速、能够绘制卫星地图、能够绘制3D热源分布图甚至是进行模拟装配和流体力学计算。

通过一定的算法，专业图形卡甚至还能加速声音的可视化处理（这也是General Purpose GPU项目的研究目标）。

我们熟悉的美军M1A1坦克、F22战斗机上就装配有NVIDIA Quadro图形芯片，配合Wind River实时操作系统进行卫星地图的绘制和目标锁定识别瞄准。

二、名词解释在前面介绍专业显卡时，提到了Global Illumination、Ray Tracing等专业名词，下面就对它们的含义作一些简单的解释。

什么是Global Illumination？Global Illumination（全局照明）是一个和Local Illumination（局部照明）相对的概念。

绝大部分简单的3D软件都能提供Local Illumination的支持。

但是Local Illumination在应用上有极大的局限。

Local Illumination只考虑光源对目标物体的改变，而不去考虑该光源对其他对象的影响。

而在Global Illumination中光线对于目标对象以外的影响将会被同时计算。

现代的全局照明往往同时包含了光线追踪渲染和辐射度渲染，渲染器用辐射度计算出全局与视图无关的照明方案，然后Ray tracing使用这个方案渲染跟视图相关的图像并增加镜像高光和反射。

现阶段应用最广泛的Mental Ray、Final Render等渲染器都提供了对GI的支持。

什么是Ray Tracing？我们将光源分成众多的射线，然后再沿着视点和象素连线射出一条光线，之后根据材质的属性计算出这些光线被物体吸收、折射、反射后最终回到视点中的数值变化，从而获得一个正确光照场景。

OpenGL ARB在2005年1月31日宣布，已经有研究组织成功的在Geforce6800 GT GPU上通过Cg和OpenGL API实现硬件光线追踪计算。

什么是Radiosity？Radiosity（辐射度渲染或光能传递）算法其本质就是将光看作是一种物理辐射，然后计算辐射的传导就能获得加之于每个对象物体上的光照强度，从而获得正确的渲染结果。

辐射度渲染通过制定在场景中光线的来源并且根据物体的位置和反射情况来计算从观察者到光源的整个路径上的光影效果。

在这条线路上，光线受到不同物体的相互影响，如：反射、吸收、折射等情况都被计算在内。

和其他渲染方法相比，Radiosity更接近于光的自然传播原理，因而受到广泛的欢迎。

三、专业图形卡历史简介10年前专业图形卡市场被几家公司牢牢占据——3Dlabs、Evans & Sutherland、Quantum3D、Diamond。

时过境迁，众所周知Diamond 已经在几年前倒闭，旗下的FireGL图形卡开发小组被卖给了ATi。

3Dlabs被创新收购后一蹶不振，直到Wildcat Realizm系列图形卡才挽回颜面。

Evans & Sutherland、Quantum3D两家则彻底退出专业图形卡市场转向可视化模拟领域，Evans & Sutherland和美国军方开发了MCT系统对飞行员进行可视化模拟培训，Quantum3D则和NVIDIA合作为美国军方开发了America Amry可视化模拟训练系统。

除了美国军方之外，这两家可视化模拟器产品也被众多公司、机构所采用，两家的产品几乎垄断了整个高端可视化模拟器市场。

在让我们看看3Dlabs。

作为OpenGL的起草人之一，3Dlabs和SGI 合力搭建了整个3D世界的基石。

因此在很长一段时间内，3Dlabs 的专业图形卡有着极高的市场份额。

与此同时3Dlabs的“半专业”图形卡Premeida2在民用图形卡市场获得了不小的成功。

可惜这次的成功使得3Dlabs开始狂妄了起来，Premedia3迟迟无法完成研发，周围的对手却在虎视耽耽，准备瓜分专业图形卡市场。

NVIDIA Geforce256的诞生绝对是计算机图形史划时代的进步。

T&L 的引入一下子拉近了专业卡和民用卡之间的距离。

以往专业卡上昂贵的独立几何处理单元被集成进了GPU内部，这样民用图形卡首次有了和专业图形卡相提并论的机会。

NVIDIA随后伙同ELSA共同推出了内核逻辑设计几乎和Geforce256完全相同的Quadro256 GPU。

NVIDIA Quadro的成功和曾经辉煌的ELSA密不可分。

在Quadro以前ELSA已经在专业市场上占据大量的份额，基于3Dlabs图形芯片的ELSA GLoria系列图形卡成为当时众多DCC工作者梦寐以求的东西。

在Quadro之前，NVIDIA和ELSA试探性的推出基于RIVA TNT2的专业卡ELSA Synergy II图形卡，该卡上市后成为当时性价比最高的产品。

也为日后Quadro的成功打下了基础。

据称当年ELSA的工程师们单就修改TNT2原始驱动中所存在的Bugs就多达3000多个，更不用说接下来的PCB重新设计及针对软件的优化工作量了。

NVIDIA推出Quadro大获成功后不久，为了彻底完善专业图形卡领域的驱动支持，将整个ELSA专业图形卡驱动研发队伍纳入旗下，而ELSA在失去这支精锐队伍之后开始一蹶不振。

当时还有另外一家公司于ELSA旗鼓相当，那就是Diamond。

和ELSA 不同，Diamond的专业图形卡从设计到驱动研发是由旗下一个独立的工作组完成的，该工作组就是FireGL。

FireGL从SPEA公司转到Diamond旗下后，无论是产品的推出速度还是产品的竞争力上都有了惊人的提升。

在这段时期内，FireGL小组推出了FireGL 1000、FireGL 2000、FireGL 3000、FireGL 4000共4片图形卡。

有趣的是这4片图形卡的图形核心竟然来自于3家毫无关联的公司。