1999年NVIDIA公司发布了世界上第一款GPU（图形处理核心）产品GeForce256（见下图），并很快在此基础上推出了针对三维专业图形加速的Quadro系列专业设计产品。
游戏和显卡是一对特殊的存在。作为一名游戏玩家，总是希望用最好的娱乐显卡展示游戏最华丽的画面，同时又担心自己的显卡不能满足游戏的要求。作为一名游戏设计师，总是希望将游戏尽可能得制作精细，同时又不得不兼顾考虑市场主流玩家娱乐显卡的性能水平。而游戏设计本身特别是游戏角色、场景的设计也受制于专业图形显卡的性能。游戏特别是3D游戏和显卡那些事儿，就在“这破显卡怎么连这游戏都带不起来”，“这显卡也能做设计？”的抱怨声中不停演绎着。本文将通过体验及实测告诉读者3D游戏和显卡那些事儿。
随着时代的进步，从简单色块堆积而成的的画面到数百万多边形组成的精细人物，游戏展示给我们越来越真实且广阔的世界。对于近几年才接触游戏玩家来说，玩着《魔兽世界》、《使命召唤》，或许想象不出十多年前的3D游戏是多么的简陋。1996年第一款真正意义的3D游戏《雷神之锤》推出（见下图），人们普遍认为这个游戏带来了独立3D显卡的革命，它是真正示范了显卡3D能力的第一个应用。同年圣诞，经典游戏《古墓丽影》一代发布，这个系列游戏彻底颠覆了人们所持有的只有男人能飞檐走壁打打杀杀的固有印象，让玩家有了一个崇拜有着大眼睛大辫子紧身衣和夸张胸部的女性英雄的机会。1997年，具有划时代意义的角色扮演游戏《暗黑破坏神》发表，它吹响了RPG进化的号角，重新定义了RPG游戏规则，现在逐渐成为了角色扮演游戏的主流。时至今天《暗黑破坏神》对主流的网络角色扮演游戏都产生着深远的影响。这一时期人们意识到3D显卡的重要性，明白了玩游戏没3D显卡，不是那么回事儿。
雷神之锤1游戏画面
1999年NVIDIA公司发布了世界上第一款GPU（图形处理核心）产品GeForce256（见下图），并很快在此基础上推出了针对三维专业图形加速的Quadro系列专业设计产品。Geforce256之所以被称作GPU原因就在于Geforce256划时代的在图形芯片内部集成了TL功能，使得GPU拥有初步的几何处理能力，彻底解决了当时众多游戏瓶颈发生在CPU几何吞吐量不够的瓶颈。Geforce256显卡的出色表现，NVIDIA强大的技术实力得到全面释放，这块显卡是真正的全面领先型产品，而不是靠16bit色和32bit色的区域优势或者是单纯依赖特定的3DAPI支持。同时Geforce和Quadro系列的出现也意味着显卡娱乐和设计功能的细分，这对3D游戏设计及3D游戏体验起了很大的推动作用。试想游戏角色、场景设计师只需要一台安装了Quadro三维专业图形加速卡的高性能个人计算机，就可以自如运行各种数字化设计软件，这使得大量有激情的年轻人投入到游戏设计行业，推动了整个游戏设计行业的发展。
Geforce256显卡
1999年Counter—StrikeBeth《反恐群英》1.0发布。《半条命》是基于“Quake2”引擎开发的第一人称视角动作射击游戏，而CS是基于《半条命》开发的。游戏版本的不断升级和游戏内容的不断完善，让更多的玩家投入到这个枪林弹雨的世界中，让“警”和“匪”的游戏在全世界刮起了反恐的旋风，让更多的人体验到了3D游戏带来的真实感体验及乐趣。这时候大家明白了：玩游戏Geforce，设计游戏Quadro！原来是这么回事儿。
21世纪前10年里，无论是网络游戏还是单机版游戏轮番上演视觉盛宴，游戏在制作方面越来越精细，场景也越来越宏大，这里有我们熟知的如《极品飞车》系列、《最终幻想》系列、《文明》系列、《魔兽世界》、《FIFA》足球系列游戏等等。如果说设计师和游戏玩家在打造21世纪游戏大厦，那么NVIDIA等图形图像公司则在为这座大厦铸造地基。在游戏大厦的背后隐藏着像GeForce2,GeForceFX，GeForceGTX，Quadro2，QuadroFX等系列幕后英雄。
十年里游戏和显卡正发生着急剧的变化，这个变化让虚拟世界越来越真实、多彩。看一看游戏及显卡的十年锐变：
3D游戏多数人都玩过，可3D游戏设计缺鲜有人接触。游戏开发对于普通大众来说依然披着神秘的面纱，那就来说说游戏设计及专业图形显卡那些事儿。
游戏开发具体工作分工为4个方面：策划工作、程序工作、美术工作、音乐工作。一个成功的游戏每个方面都很重要，需要通过协调配合将每个方面做到极致。但是4个工作方面中跟显卡关系最为紧密的是美术工作。美术工作主要包含美术风格确定，角色建模，场景建模以及特效制作4个环节。游戏的美术风格设计呈现着多元化的趋势，但总体又存在着一定的规律，比如以目前国内网络游戏来说，总体就归纳为4种主要风格：欧洲中世纪风格，日本风格，科幻宇宙风格，中国武侠风格。游戏美术风格确定后，在风格设定下的角色建模、场景建模、特效制作是游戏设计中工作量最大的环节之一，专业图形设计显卡Quadro系列产品从FX380到FX3800在这其中发挥着重要的作用。
Quadro系列不同级别显卡在3Dsmax和Maya里综合性能表现对比：
Quadro系列显卡艺术设计性能对比
游戏中最基础的元素就是角色和场景，这是玩家评价一款游戏最直观的感受。游戏角色和场景的设计体现在制作技术上，有着追求最新技术潮流的欲望。例如10年前的2D、3D游戏置换时代，当玩家看到自己扮演的角色是3D游戏角色时，那种三维空间的跨度所带来的虚拟真实感就会犹然而生，所以即使是很成熟的3D游戏，进一步追求角色模型的真实感都显得十分重要。这一点在《最终幻想》系列游戏中体现的淋漓尽致（见下图）。
最终幻想14人物角色设计
游戏角色、场景设计是一个庞杂的过程，从参考前期游戏角色、场景原画设定、到三维造型软件的模型创建（见下图）、骨骼蒙皮设定和动作关键帧的设定，每一个环节都是十分重要的。从技术层面讲，游戏角色、场景设计的基本流程是这样的：游戏、场景原画，根据原画进行多边形高模建模；根据高模为模型后期LOD技术制作低模；模型纹理、贴图创建；角色模型渐变动画、骨骼动画创建。
从原画到角色模型创建
以游戏角色、场景模型创建来讲，一个在普通不过的3D建模的多边形数量至少要在1000以上，游戏大作和CG的模型多边形的最低数量在100万以上。当然这是指的高模，运用法线贴图技术后，游戏实际场景中的模型多边形数量要远远减少，特别是在网络游戏中，甚至会缩减到1万面以下。现今3D网络游戏都采用了模型动态LOD(层次细节度)技术。游戏中通常会为游戏角色制作几套模型，多边形数从高到低（见下图），分别用在各种不同的场合，当有特写镜头时，就会切换到面数较高的那个模型，当角色走远时就调用低模，通过这种技术能够有效节省玩家的计算机资源。
LOD技术中的多套模型
从设计来讲有个很有意思的现象，对于设计者虽然呈现于玩家终端的角色模型可能会是一个简模，但设计者必须首先完成百万多边形以上的高模设计，因此对计算机显卡性能要求很高。对于游戏玩家来说虽然独立的角色模型多边形数量不大，但是如果来到游戏中的主城等场所时，会出现大量游戏角色聚集的现象，那这个时候游戏画面计算量就会倍增，因此对显卡性能要求也不低。通过大量游戏设计模型测试我们了解到如果只是进行游戏原画的设计，接上一块数位板，打开Photoshop，有一块QuadroFX380的专业图形显卡基本就可以保障设计顺利进行了。如果要进行游戏角色的高模建模则最少也需要QuadroFX580这一级别的显卡，如果需要进行大场景建模则需要QuadroFX1800这一级别显卡。FX1800显卡的768MDDR3现存，192bit位宽，能够有效保证模型线条极其复杂的情况下，设计师依然能够流畅得对模型整体进行旋转、缩放等整体操作。
游戏角色、场景模型纹理贴图创建有多种方式，例如平面投影、包裹投影等。目前主流的游戏模型开发中应用大量的“法线贴图”(NormalMapping)来增加相似模型大小的真实感。法线贴图(NormalMap)是一种可增加3D外表细致度的特制材质，它是由早期凹凸贴图所衍生出来的材质，其中每个图素的高度值，主要功用是制造出其它光滑外表的凹凸外观。在新一代的游戏引擎中，为了使物体凹凸效果逼真，大部分物体(尤其是角色模型)的法线贴图都是通过比较高、低多边形数量的两个版本的模型来生成的。高多边形版本的模型(简称高模)一般都会有几百万个面，拥有丰富的细节（见下图）；而低多边形模型(简称低模)只有几千个面（见下图）。
高模及凹凸感白模
低模及法线贴图
游戏场景、角色设计中贴图的数据量是恐怖的，如果要做一些高清开场动画，可能一个场景加角色模型贴图数据量就有会超过20G。这时候也不用担心，Quadro系列显卡已充分考虑到这种情况，QuadroFX系列高端显卡如FX4800可以充分发挥其作用，超大的显存（1.5GBDDR3），及高保真色彩清晰度，可在大数据量下实现清晰、互动的建模操作。当然如果采用Quadro最新的Fermi系列如Quadro5000，则能够最大化的发挥现有软件效能，使设计效率成倍提高。Fermi系列QuadroGPUTessellation(曲面细分)引擎专为OpenGL4.0以及包含ShaderModel5.0的DirectX11而打造，能够自动生成极其精细的几何图形，在不牺牲性能的情况下即可呈现出高画质的环境与场景。Fermi系列DualCopy引擎可实现最高速率的并行数据处理以及GPU与主机之间的并发吞吐量，从而可加快光线追踪、色彩分级以及物理效果模拟等技术的速度。
游戏动画设计主要包含角色关节动画，角色渐变动画（如下图所示）以及骨骼蒙皮动画。从本质上来讲，所有的3D角色动画系统都是基于一种运动逻辑，用一定的方法去改变模型Mesh顶点的位置，只是具体改变的方法不同而已。动画文件中的关键帧一般保存着骨骼的位置，法线方向等信息。通过在动画序列中相邻的两个关键帧间插值可以确定某一时刻各个骨骼的新位置和新朝向。随着3D硬件性能的提高，越来越多的相关计算可以通过硬件来完成，骨骼蒙皮动画已经成为各类实时动画应用中使用最广泛的动画技术。相对来说游戏动画设计对显卡要求更高，它除了处理静态单个数据模型外，还要经常加载或预览多个模型动态数据。另外在模型中绑骨，添加动态变换点也是很繁杂的操作。如果要保证动画设计过程顺利流畅实施，需要QuadroFX1800以上的专业图形显卡支持。
角色关节动画 角色面部表情渐变动画
伽达默尔说：“游戏是人类生活的一种基本职能，以至于人类文化没有游戏基因是完全不可想象的，人类祭祀中的宗教仪式就包含着某种游戏因素的存在。”3D时代，3D游戏和显卡总是玩家、设计师心中的焦点。只要人们关于精神生活依旧期待，只要技术任在发展，3D游戏和显卡那些事儿就会永不停止的演绎着……
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