3DMark使用圖文詳解 –顯卡測試軟體

要衡量不同顯卡之間的效能，必須有統一的測試標準。這個標準就是由第三方發布的軟體。在OpenGL領域，Quake3和Doom3的霸主地位是難以撼動的，而DX領域內是百家爭鳴。3D Mark系列自然是一支不可或缺的力量。隨著3D Mark 05的發布，這一測試包再次引起了全球的關注。

　　3D Mark曆史回顧

　　● 3D Mark99 Max
　　3D Mark99 Max是Madonion.com首款顯卡測試軟體，但是它的影響力相當有限，一方面當時的顯卡只作為CPU處理的助手，對系統整體效能的影響不如現在大，另外當時的測試霸主是3D Winbench和Quake系列。3D Mark99 Max主要考察固定功能頂點轉換和光照能力及顯卡的多材質填充能力。

　　● 3D Mark2000——初露鋒芒

　　3D Mark2000的問世令使用者為之耳目一新，在此之前，3D顯卡的測試是件費力的事，可用的軟體也只停留在一些老式的軟體：比如3D Winbench系列或者是Quake2。3D Mark2000所處的時代是DX7時代。與DX6相比，DX7的顯卡整合了“硬體光照與移 動引擎”，大大提高了畫面的品質，並減輕了CPU的負擔。從DX7開始，顯卡逐漸具備獨立的運算能力，開始向日後的GPU發展。

　　3D Mark2000共有兩個遊戲，每個遊戲進行低中高解析度的測試，還有兩個CPU測試。3D Mark2000給顯卡評測帶來的是前所未有的視覺衝擊和便利。正是憑藉這款DX7測試軟體，Madonion.com開始為人所知。

　　● 3D Mark2001/SE——如日中天

　　3D Mark2001/SE是Madonion.com曆史上最經典的測試軟體，為什麼這麼說呢？因為至今Futuremark仍然提供3D Mark2001/SE成績的Online Result Browser服務（ORB）。同時，3D Mark2001/SE的成績仍然在被不斷重新整理。

　　3D Mark2001/SE的3D Mark成績由四個遊戲，共七個情境的成績得出。前三個遊戲共六個情境均是基於DX7，最後的Mother Nature情境則是完全的DX8情境。完全基於硬體的Pixel Shader和Vertex Shader，只有符合DX8標準的顯卡才能跑完全部測試。

　　Madonion.com的初衷是將3D Mark2001/SE打造成顯卡測試的工具。不過可能是無心插柳，實際測試中，CPU對最終成績的影響非常大，結果CPU和顯卡共同影響了3D Mark2001SE的成績。這與3D Mark2001/SE的起點不高有關：大部分情境基於DX7，對於DX8甚至是DX9的顯卡來說，獲得的負擔很輕。真正的速度瓶頸在於CPU的建模速度。3D Mark2001/SE更多的反映了一台機器的CPU，顯卡以及記憶體等系統綜合效能，而不僅僅是顯卡。

　　● 3D Mark 03——樹大招風

　　3D Mark2001/SE的成功使得Madonion.com和3D Mark的名聲大噪，3D Mark幾乎成了劃分顯卡檔次的惟一標誌。在3D Mark03誕生之前，Madonion.com更名為FutureMark，完成了商業化改造。肩負著業界的無限期待，3D Mark 03面世了。但未曾料到的是，發布伊始，3D Mark 03便遭受了巨大的非議，最強烈的指責來自NVIDIA：在實際應用中不分伯仲的GeForce 4 Ti 4600與ATi RADEON 9700Pro，在3D Mark03中的得分差距令人瞠目結舌。此外，FutureMark在設定上令人費解的偏袒也使得人們懷疑FutureMark與ATi、NVIDIA之間的錯綜複雜的利益關係。

　　困擾3D Mark 03的另一個問題是廠商在驅動上做的手腳。因為樹大招風，NVIDIA和ATi都在驅動中或多或少為3D Mark03進行了“最佳化”，提高顯卡的得分。這樣導致了3D Mark 03的權威性蕩然無存。3D Mark 03也漸漸失去了頭上的光環，受到評測機構媒體的冷落。

　　3D Mark 03的成績仍然是由遊戲情境的成績綜合得到。3D Mark 03是一款完全由DX9 API編寫的軟體，沒有採用前作採用的MAX-PAYNE引擎。第一個情境是DX7情境，第二第三個情境是DX8.1遊戲，採用了SM1.1/1.3/1.4技術。第四個情境是Mother Nature 2則是CG畫質版的DX9情境，採用了SM2.0。大多數DX9顯卡都無法流暢運行這個情境。

　　3D Mark 05——如期而至

　　● 3D Mark 05的系統要求
　　什麼樣的配置才能運行3D Mark 05呢？
　　這是FutureMark推薦的最低配置：
　　★至少2GHz的X86處理器
　　★512MB的系統記憶體
　　★400MB的硬碟空間
　　★符合DX9的顯卡，至少SM2.0或更高
　　★Windows 2000或Windows XP作業系統
　　★DX 9.0c或更高

　　3D Mark 05對系統的要求是相當高的，特別是顯卡。因為它拒所有DX8層級的顯卡於門外。從目前掌握的資料看，NVIDIA中可以啟動並執行起步顯卡是GeForce FX5200，ATi為RADEON 9600SE（RADEON 9500也可運行，但是ATi的命名方式並不能反映出R9500與R9600SE之間的差距。）

　　●3D Mark 05的主介面：

　　主介面與3D Mark 03類似，如果是註冊版，那麼可以選擇特定的測試專案，“Setting”裡可以選擇解析度，反鋸齒，過濾模式以及SM的版本。

選擇測試專案

　　3D Mark 05由四部分構成：Game test，CPU Test，3D Feature Test和Batch Size Test。其中Game Test的成績經處理後產生3D Mark。
　　3D Mark 05 score = (Game Test 1 × Game Test 2 × Game Test 3)^0.33 × 250
　　三個情境的得分在3D Mark 05中的權重是一樣的，而不像3D Mark 03那樣最後三個情境占的比重特別大。

　　● Shader Mode2
　　全部採用Shader Mode2是3D Mark 05的最大特徵。這意味著只有DX9層級的顯卡才能運行3D Mark 05，昔日的王者Ti系列將被3D Mark 05徹底拒之門外。

　　在Direct X中，Shader共有兩種：Vertex Shader和Pixel Shader。DX9開始，Shader的版本升級到了2.0（被稱為SM2.0）。SM2.0極大擴充了Shader的使用範圍和靈活性。SM2.0可以執行更長和更複雜的指令。SM2.0加入了利用浮點數值進行計算的能力。這對提高畫質非常重要：在Realtime Compute並形成畫面的光照計算中，浮點格式的資料佔據了統治地位。SM不必再依賴近似計算。SM2.0引入了更進階的Shader語言，並在此基礎上儘可能的相容原有的Shader語言。

　　針對不同GPU採用的不同的架構，DX9可以支援不同的Shader版本，最新的DX9.0c可以支援SM2.0、2.0a、2.0b以及3.0，目前只有GeForce 6800和6600才支援SM3.0。3D Mark 05廣泛使用了SM2.0，並且能夠依據硬體所能啟動並執行最高版本來確定渲染時採用的模式；當然，使用者也可以手工選擇Shader的版本。

　　● 3D引擎
　　3D Mark 03之前，Madonion.com一直使用MAX-FX引擎進行Demo的製作。從3D Mark 03起，這一做法發生了改變。由於Shader技術的採用，3D Mark 03將大部分工作直接交由API和圖形卡來完成，引擎所做的工作就是將Shader語言載入Shader。3D Mark 05進一步強化了這種做法，所以3D Mark 05引擎使系統承擔的負荷比3D Mark 03更重。

　　● 遊戲測試
　　遊戲測試一直是3D Mark測試的重頭戲，每代3D Mark遊戲的畫面都在提高，從這點我們就能看到3D技術的發展。

　　Game1：Return to Proxycon

遊戲情境測試

　　Return to Proxycon是3D Mark 03中的第二個遊戲——Battle of Proxycon——的延續。故事的背景仍然在太空。一艘裝滿貴重貨物的飛船遇到了太空海盜，一場激戰在所難免。Return to Proxycon中的激烈戰鬥場面絲毫不亞於Doom3。Return to Proxycon展示的精美畫面也是前所未有的。這個情境只是整個遊戲中的一部分，在3D Mark 05的Demo中，你可以看到完整的過程。這個情境中共使用了8個光源，包括2個指向光源和2個靜態光源，採用的紋理尺寸達到了2048×2048。

測試結果

　　在這個情境類似Doom3的遊戲中，成績的排列也與Doom3類似。NVIDIA的顯卡佔據較為明顯的優勢，即使是6800GT也能小勝X800XT。不過在上代顯卡的較量中，由於管線上的先天劣勢，FX系列完敗。

　　Game2：Firefly Forest

遊戲情境測試

　　滿月的夜晚，月光傾瀉在森林中，螢火蟲自由地穿梭其間，儼然是森林的主人。這就是Firefly Forest情境。

　　情境中地面材質的處理與Game1類似，但增加了漫反射效果。岩石由金屬材質光澤的貼圖構成，情境採用了高細節的幾何模型，以及大氣散射和霧化效果。情境中月光採用了指向光源，動態陰影的紋理尺寸同樣達到了2048×2048。而螢火蟲採用了512×512尺寸的紋理。

測試結果

　　6800系列和X800系列的效能旗鼓相當、不分伯仲。6800 U擊敗了X800XT，但同為12條管線的X800 Pro擊敗了6800標準版。5950Ultra不及9600Pro的成績再次反映出了NV35在架構設計上的失誤。

　　Game3：Canyon Flight

遊戲情境測試

　　第三個情境敘述的是一艘在峽穀中飛行的船與守衛這個峽穀的海怪之間的激烈戰鬥。完整的故事情節可以在3D Mark 05的Demo中看到。由於需要做出水面反射峽穀的效果，這個室外的大範圍情境是非常複雜的。水和天空的處理都大量使用了霧化效果：這樣可以依稀看到水中潛行的海怪。

　　這個情境中對岩石的處理堪稱是3D Mark 05中對系統負擔最重的部分之一。PS2.0需要始終參與直至完成動態陰影渲染，而水面的效果必須經過6次渲染才能實現正確的反射和散射效果。

　　光源使用方面因為是晴天，只需太陽一個光源即可。這個情境對顯卡的動態陰影實現能力是個巨大的挑戰：因為情境的跨度太大，根據Futuremark的說法，即使進行兩次2048×2048紋理操作仍然不夠。

第三個情境只使用了一個光源，所以速度也是三個情境中最快的。第三個情境是ATi與NVIDIA的旗艦顯卡較量中惟一獲勝的地方。X800Pro依然遠高於6800標準版。

測試結果

　　CPU Test

　　CPU Test從3D Mark2000開始便被引入了，屬於“傳統測試專案”。CPU測試仍然沿用前面幾個情境中的遊戲，只是將解析度降低，並且Vertex Shader全部交由CPU完成。這樣可以盡量減少顯卡的工作量而將CPU的負荷提到最大。

　　CPU score = (CPU Test 1 × CPU Test 2)^0.5 × 1500
　　在3D Mark 05中，CPU Test使用的是Game3情境和Game1情境（按照先後順序）。在Game3情境的測試中，CPU不僅要承擔Vertex Shader的工作，還要計算飛船在峽穀中飛行的航跡。為了確保在不同系統中承擔的計算量是相同的，飛船飛行的航跡是相同的。

　　CPU Test1中使用了D Lite演算法，這是一種較為先進的演算法，主要考慮了未來可能的虛擬或者物理多核心處理器，可以同時讓CPU進行最多兩個線程的處理。

　　CPU Test2使用了2幀/秒的固定渲染模式，不過沒有加入AI（人工智慧）處理。

　　● 3D Features Test

　　這部分的成績雖然不計入3D Mark的最終成績，但可以反映出顯卡自身處理速度，因為它們都是一些純理論上的速度測試，而在其他的測試軟體中較少見到。我們重點介紹Pixel Shader和Vertex Shader測試。

　　Pixel Shader

　　材質最複雜的測試是Game3 Test，所以它被單獨列出進行Pixel Shader的測試。測試反應的是陽光照射下的岩石，填充這樣一個情境的速度是很快的，同時也非常依賴顯存頻寬。

　　Vertex Shader

　　3D Mark05的Vertex Shader測試分為簡單和複雜兩種模式，簡單模式下，只有一個光源照射在6個海怪的模型上，每個海怪模型大約有100萬個頂點，因此工作量是相當大的。3D Mark05已經全面轉向了Shader Model2，但即使是Vertex Shader1也可以很好地完成這個測試。

材質測試

　　複雜模式下的Vertex Shader測試表現的是一大片草地，每根草的表面材質和彎曲程度都是獨立的，與真實的草地非常類似。草的擺動都是由CPU計算的，但軟體對其進行了最佳化以保證儘可能地減少CPU的差異而造成的影響，更多的體現顯卡自身的Vertex Shader計算能力。在畫面中，草離鏡頭較遠，這使得近距離欣賞草成為一件不舒服的事，但這可以擺脫填充率對效能的影響。

材質測試

　　● 塊狀測試
　　塊狀測試（Batch Test）
　　塊狀測試是3D Mark 05中新增加的測試專案，它的內容是對一個未經過最佳化的非常簡單的情境進行渲染測試，旨在針對目前驅動中的一個弱點。幾年來，遊戲開發人員始終是對儘可能大尺寸的“塊（Batch）”渲染，不過，在實際應用中，針對小尺寸的塊狀渲染不僅能獲得同樣的效果，也能取得很快的速度。這個測試早在3D Mark2001時就被提出了，而到了2005，更多的開發群組成員提出加入這一測試。這個測試共有6種模式，每個塊由128層128×182尺寸的正方形組成，包含了8、32、512、2048、32768個三角形 。

塊狀測試

　　在今天的顯卡驅動一般會對最後兩個“塊”的測試進行最佳化，塊的尺寸越小（包含的三角形數目越少），渲染的速度越慢。所以這個測試從某種程度上說是對驅動渲染能力的考驗。

測試結果

　　Online Result Browser
　　Online Result Browser（簡稱ORB）服務是FutureMark提供的最有特色的服務。當使用者將自己的測試結果上傳到FutureMark的伺服器後，系統會自動與其他人上傳的成績進行比較。不過登入ORB系統有一個前提，即必須有3D Mark得分。ORB的熱門排行榜也是目前競爭最激烈的超頻熱門排行榜，因為從3D Mark2001到3D Mark 05，ORB服務均處於開放服務。

綜合得分