T＆L测试揭秘 ION 2000年 第17期 　　硬件T＆L（几何转换和光照引擎）一向是Geforce让世人为之注目的特性之一，它使3D游戏效果得以进一步提升，在新一代的3D芯片如Geforce2 GTS、ATI的Radeon256中都把T＆L置于首要的位置。人们一直以为在现有的主流显卡中，集成硬件T＆L特性的Geforce的表现是最好的，不过令人诧异的是，使用3DMark2000进行一些T＆L测试时，却发现高端的Athlon处理器加TNT2 Ultra显示卡的系统可以击败基于GeForce显示卡的系统（见^17030101a^）。 　　可以很明显地看出，高端的PentiumⅢ在所有光照情况下项目测试的得分都高于Geforce，而搭配TNT2 Ultra的Athlon处理器在4个光照或8个光照的情况下，测试结果也高于Geforce。问题自然就出来了：硬件加速的T＆L怎么会比软件模拟的还慢？在对这个问题作出解释之前，我们首先需要了解3DMark2000中T＆L项目的测试原理。 #1 GPU与数学运算 　　用于T＆L测试的多边形测试场景是一些绳圈形状的物体，在测试时，绳圈被平移、旋转、缩放、光照。平移、旋转和缩放正是T＆L的T（转换）部分，而光照则是T＆L的L（光照）部分，决定照在物体表面的光线。现在人们的一个误解是认为这个测试可以用来测试游戏性能，但实际上这个场景不能代表所有的游戏，一个正常的游戏肯定不是由一个物体重复变化而来，一个真实的游戏有无数个不同的物体，而且有更多的变化（不仅仅是平移、旋转和缩放）。所以它实际是一个理论值测试，就和填充率测试一样。同样，3DMark 2000的填充率测试也不能代表游戏，它只是测试理论峰值填充率的场景。 　　在游戏的运行中，T＆L是非常复杂的数学运算，计算的对象是组成物体的三角形的顶点。实质上，每个顶点都要经过空间的转换，也就是说经过平移、旋转、缩放。光照同样也是数学运算，需要计算光照的位置、方向，视角方向位置、平面位置等等。对于nVidia的Geforce来说，GPU就是做这个差事的。GPU具有特殊的流水线，为T＆L的数学运算作了优化，但硬件也有限制，它具有一定的运行时钟，性能必然有一定的峰值上限。 　　如果没有Geforce的GPU，数学运算就必须通过CPU来进行。但它不可能像GPU专门为某个工作优化，那么普通的CPU必须使用软件来完成T＆L，即通过编程来实现T＆L所需的数学运算。 #1 CPU的特殊优化 　　由于T＆L对数学运算要求非常高，CPU的浮点性能设计就显得尤为重要，而且3D图形卡的发展已是大势所趋。Intel和AMD推出的主流高端处理器都设计了特殊的3D优化指令，这些指令包括对T＆L运算的优化。但Intel和AMD的3D指令截然不同，具体来说，Athlon和PentiumⅢ处理器一个采用3D Now！增强指令，一个采用SSE指令，虽然执行相同的程序，内部运算却完全不同，但目的都是对3D性能进行优化。 　　对于目前大多数游戏来说，在3D引擎中都包含了特殊优化的软件T＆L。因为硬件T＆L是新生事物，而游戏公司很早以前就开始设计游戏，他们面对有限的硬件资源必须物尽其用。很多软件公司都成年累月地在软件设计上下功夫，当然，他们还需要求助于Intel和AMD。 #1 nVidia对软件T＆L的回答 　　尽管很多游戏都在使用软件优化的T＆L，nVidia公司却不赞成使用优化的软件T＆L，原因可能很简单，如果PentiumⅢ和AMD的软件T＆L性能比nVidia的硬件还要快，对于nVidia一直大肆宣传的Geforce岂不是个沉重的打击？nVidia对软件T＆L的异议主要在于以下几点： 　　1．3DMark2000采用了定制的转换和光照（T＆L）引擎。因为这是专门为3DMark2000设计的引擎，所以它仅仅可以精确显示使用这个定制引擎的游戏的执行效果。就nVidia所知，目前还没有几个游戏是基于这个引擎的。如果测试的目的是测试某个特定的图形卡在真实游戏中的性能，那么选择普遍和广泛应用的T＆L引擎，测试结果才更精确。很遗憾，3DMark2000选择了自己定制的T＆L引擎作为所有软件T＆L显卡的 默认设置，我们认为这是3DMark2000的一个主要缺点。 　　nVidia所说的大致是指优化的软件T＆L应用不够全面，事实在还没有硬件T＆L特性之前，大多数游戏都定制了T＆L引擎。如果设计人员希望游戏流畅的话，他们就必须设计快速的软件T＆L。像Quake3 Arena这样的顶级游戏就有自行设计的优化引擎，而Messiah绝大部分的几何处理也使用了软件T＆L。很多游戏都为软件T＆L进行了优化，没有软件T＆L的游戏是很难成功的，峰值数据只是告诉我们显卡的性能与理论最大值接近的程度，以及开发人员应该怎样使用。 　　Geforce的峰值性能确实比高端CPU优化软件T＆L引擎低，按照nVidia的解释，3D Mark2000提供的是一个错误的测试方法，而按照它们的方法Geforce的表现确实速度很快，可这种测试是毫无道理的，因为这只是一个峰值测试，在游戏中没有一个CPU会百分之百去献身于T＆L。所以尽管在峰值测试中Geforce表现不佳，但在所有的真实游戏中Geforce都会比软件T＆L快。 　　2．3DMark2000测试的官方说明文件上推荐进行所有的测试时关闭Vsync选项，这是正确的测试方法。但是，3DMark2000还推荐在“Triple Buffer”模式下测试。事实上，3DMark2000的默认设置就是Triple Buffering。这是3DMark2000的又一个缺点。 　　这是nVidia公司认为3DMark2000的第二个缺点，但实际上如果第一个论点站不住脚，那第二点也是一样。Vsync和Triple Buffer与测试都毫无关系，使用Triple Buffer还是Double Buffer再关闭“Vsync”选项只对内存（三倍缓存对帧缓存的占用比双倍缓存多一个后台缓存）有影响，而可用的内存主要是对填充率有所影响，对实际的T＆L速度影响不大，使用Double Buffer并不会使T＆L性能加倍。 　　3．光照条件的简化显然是为定制T＆L引擎所作的又一次优化。没有镜面高光，将明显减少光照引擎的工作量。例如，在一个第一视角游戏中，当你用火箭炮开火时，会看见墙壁上的闪光效果。另外，还有一些游戏中使用了手电筒或车灯照亮某个区域，这都是镜面高光效果。可是3DMark2000“High Polygon Count”测试的光照并没有这些效果良好而运算复杂的光照条件。 　　nVidia公司建议使用更复杂的光照效果，例如Spotlight，在使用越多的复杂光照后，Geforce的T＆L画质表现很不错，但复杂的光照效果会使得速度变慢。 　　4．3DMark2000的定制T＆L引擎具有专利保护，不可能用第三方软件来验证引擎中的光照计算的精确度。 　　很显然，这是nVidia对光照测试表现失常的说明，那么Geforce系统的光照表现为什么会慢呢？这是因为Geforce的性能表现已经到了硬件极限，硬件流水线和时钟都不可避免地存在极限值，峰值测试的数字正好说明了Geforce每增加一个光源时，性能都会剧烈下降，衰减幅度有一半之多，每增加一个光照，性能都会“稳步”减弱。这种不可避免的后果使人理解为什么它的光照测试分值那么低。 #1 结　语 　　3DMark2000是一个很好的测试软件，通过标准设置的软件T＆L也可以很快，nVidia芯片的T＆L也很好，但我们必须认识到目前它并不完美。nVidia的Geforce确实支持T＆L加速，但T（转换）加速占了大部分，而L（光照）加速相对要少一些，3DMark2000的T＆L测试结果说明的正是这个问题。不过这只是个峰值测试，峰值性能是CPU 百分之百做T＆L的结果，我们知道在真实的游戏中这是不可能的，除了T＆L以外，CPU还有更多的工作要做，这就是为什么Geforce在游戏中仍然快的原因：Geforce卸载了CPU的负担。3D Mark2000还证明软件T＆L经过优化，也可以提供很不错的性能，尽管在真实的游戏中不如GPU。