打造一台1997年的Quake PC：对GLquake进行基准测试

# 构建一台雷神之锤PC：GLQuake 来源：https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/index.html 构建一台雷神之锤PC：GLQuake --- 为了玩GLQuake，我想入手那张被John Caramak称为“衡量其他一切性能的基准”的显卡\[\[1\]](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/index.html#footnote_1)。我在eBay上找到了一块“已测试”的Orchid Righteous 3Dfx Voodoo，价格贵得几乎跟它的重量相当的钻石。 [](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/3dfx_righteous.webp)这些是最早的消费级3D加速卡。它们身上有很多“手工匠人”般的细节。例如，它们完全通过一根直通线接管VGA输出，不支持窗口模式。Orchid Righteous带有机械继电器（后期版本移除了），当3Dfx卡接管或释放信号时，会发出非常响亮的“咔哒”声！ 我怀疑这些机械部件是容易老化的元件。在使用期间，我一直担心这卡随时会挂掉。 所有版本的Quake都使用不同的截图格式。quake.exe用PCX，vquake.exe生成BMP，而glquale.exe用的是TGA！ 第一印象 --- 我安装了最新的3DFX Voodoo Orchid Righteous驱动v3.00.00（https://www.philscomputerlab.com/drivers-for-voodoo.html）（现在理解了VxD，看驱动文件倒是挺有意思）。启动`glquake.exe`后，游戏并没有立刻开始。它先生成了一个调色板翻译文件（`15to8.pal`）。 [](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/palette.png)然后它对所有alias模型进行“网格化”。这一步将所有mdl文件转换成由`GL_TRIANGLE_FAN`/`GL_TRIANGLE_STRIP`组成的结构，并缓存到ms2（https://www.celephais.net/board/view_thread.php?id=61319）文件中。 [](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/meshing.png)我对GLQuake的第一印象很糟糕。这种感觉来自一些小麻烦和一些大问题。小问题方面，我觉得菜单比VQuake模糊。 https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/menu.png而且运行时无法改变分辨率。考虑到其他版本的Quake（quake.exe、winquake.exe和vquake.exe）都支持，这个提示你通过命令行设置的分辨率画面相当烦人。 [](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/vmodes.png)如果用户把参数调成了不兼容的配置，就会看到一个粗糙的错误信息，缺乏打磨。而且，列表里的大多数模式都不支持，需要反复试错才能找出哪些可用。 [](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/crude_glquake_error.png)最终发现，在我的配置下只有640x480和512x384能用。可惜没有400x300——我本以为这是玩vquake.exe时的最佳分辨率。 情况更糟了！ --- 当我开始新游戏时，印象更差了。爆炸效果看起来不错，但颜色却显得褪色。 [](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/explosion6.png)经过研究，发现不止我一个人有这种印象。只是当年的人用了更生动的说法。 > GLQuake看起来像屎。我知道有些人可能会反驳，但老实说，面对现实吧——它看起来糟透了，尤其是在NVIDIA卡上。——@Frib，《非官方GLQuake & QW指南》\[[2\]](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/index.html#footnote_2) 在quakeaddicted（https://www.quaddicted.com/engines/software_vs_glquake）上有一个关于quake.exe和glquake.exe区别的酷炫列表（纹理过滤、超亮、全亮、非方形像素、alias模型的仿射纹理映射）。 还部分解释了颜色差异的原因。 > 原版Quake（软件）引擎使用了超亮光照，这意味着光照贴图的亮度可达200%。因此，light.exe创建的BSP文件中的光照贴图亮度可达200%。而在glquake中[...]没有超亮光照，所以光照贴图中超过100%的部分都会被压平为100%。这就是为什么GLQuake在较暗的房间里看起来还行，但在明亮的区域光照就显得非常平淡。——quakeaddicted\[[3\]](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/index.html#footnote_3) 第二印象 --- 我必须理解的是，GLQuake的工作方式不同于VQuake。VQuake是为单个芯片v1000量身定制的，几乎无需调整参数就能“开箱即用”。而另一方面，GLQuake需要通过OpenGL标准来适应各种硬件，需要用户针对自己的显卡进行调优。GLQuake是自选菜单式的。 而且GLQuake的菜单上有很多选项。有些是3DFX特定的环境变量，有些是游戏引擎的cvar。John Bye（又名Gestalt666）整理了一个很棒的网站\[[4\]](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/index.html#footnote_4)\[[5\]](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/index.html#footnote_5)，总结了所有内容，甚至提供了一个glquake.bat（https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/glquake.bat）和一个glquake.cfg（https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/glquake.cfg）（放在id1文件夹下）。 环境变量从生活质量改善（如`FX_GLIDE_NO_SPLASH`跳过3dfx启动画面）到深度修改（如从50MHz超频到56MHz `SST_GRXCLK=56`）。对我来说最大的改进是修复了颜色：`SST_GAMMA=1.2`。 `` SET SST_SCREENREFRESH=72 SET SST_SWAP_EN_WAIT_ON_VSYNC=0 SET SST_VIDEO_24BPP=1 SET SST_GAMMA=1.2 SET FX_GLIDE_NO_SPLASH=1 SET FX_GLIDE_SWAPINTERVAL=0 SET SST_FASTMEM=1 SET SST_FASTPCIRD=1 SET SST_GRXCLK=56 `` 我不确定是否推荐超频到56MHz。这显卡跑得*非常*热！ [](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/explosion3_gamma.png)颜色也可以通过诸如IdGamma\[[6\]](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/index.html#footnote_6)这样的程序来修复，它会重载调色板。 环境变量控制3dfx芯片，而Quake的cvar配置引擎。我最喜欢的选项之一是禁用双线性过滤，从而看到那些可爱的像素。 [](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/GL_LINEAR.png)得益于存储纹理的四路交错VRAM，3dfx上的双线性纹理过滤几乎不消耗性能。与v1000卡不同，GL_LINEAR/GL_NEAREST不影响帧率。 有很多cvar提供了性能与视觉效果的权衡。1997年令人印象深刻的一个功能是Quake能够绘制真正的投影（https://github.com/id-Software/Quake/blob/bf4ac424ce754894ac8f1dae6a3981954bc9852d/WinQuake/gl_rmain.c#L579）阴影。不过看起来这是一项实验性功能（默认禁用），因为我看到了一些彼得潘式的阴影。 [](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/shadow.png)另一个很酷的权衡是闪光配置。GLQuake可以重新生成表面以根据动态光源照明（慢，涉及CPU）。或者，它也可以利用3dfx的填充率，通过混合（https://github.com/id-Software/Quake/blob/bf4ac424ce754894ac8f1dae6a3981954bc9852d/WinQuake/gl_rmain.c#L718）一个爆炸球体来实现。后者默认启用，看起来相当不错。 [](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/gl_flashblend.png)似乎有水的alpha透明度支持，但我发现它相当有bug。此外，Quake地图必须重新处理，以便PVS包含那些在软件渲染器中本应不透明的表面。 [](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/water.png)*这本来应该是水的。*GLQuake必须找到一种方法来模拟“调色板偏移”，即拾取道具时整个屏幕短暂变黄，或受伤时变红。这在glquake中会消耗大量填充率，因为它是在整个屏幕上混合一个四边形来实现的。这被确定为性能瓶颈，可以禁用。 [](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/particles.png)在这个功能与参数的海洋中，我最终选择了较少视觉修饰、接近软件渲染器的设置，以换取高帧率。 `` r_drawviewmodel 1 // 启用/禁用绘制玩家手持的武器。 r_mirroralpha 0 // 将某些表面变成镜子。参见 readme.glquake。 r_shadows 0 // 让alias模型投射阴影。很酷。 r_wateralpha 1 // 有bug。水的alpha混合，但地图支持差。必须设为1。 gl_texturemode GL_LINEAR // 模糊或像素化纹理。 gl_flashblend 1 // 用混合模拟爆炸，而不是重新生成表面。 gl_polyblend 1 // 用GL_QUAD覆盖屏幕来模拟调色板偏移。 gl_ztrick 1 // 避免清除深度缓冲区的技巧。 gl_keeptjunctions 0 // 重新加载关卡时移除共线顶点。 gl_subdivide_size 256 // 设置天空笔刷的细分值。 `` GLQuake 规则 --- 经过所有调校，我对GLQuake改变了看法。它超酷，帧率在640x480下简直是梦想。我很喜欢。是时候跑一些基准测试了。 基准测试 --- Orchid Righteous 3dfx 基本上只支持640x480。512x384确实能用，但会显示奇怪且令人不快的垂直“条纹”。 MMX 233 MHz | MMX 200 MHz | MMX 166 MHz | MMX 133 MHz --- | --- | --- | --- quake.exe | 27.8 | 27.0 | 27.2 | 26.9 gl_quake.bat | 33.8 | 33.4 | 33.6 | 29.4 CPU频率对帧率的影响如此之小，这相当令人印象深刻。这意味着帧率主要受光栅化和像素推送到显卡的过程影响，而在glquake中，这并非由CPU完成。但由于所有的投影和裁剪都是在Glide驱动中的CPU上完成的，这可能意味着Gary的团队可能拥有id没有的王牌。毕竟，他们早在1995年就知道了后来出现在雷神之锤III（1999年）中的InvSqrt\[[7\]](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/index.html#footnote_7)。我认为可以相当肯定地说，InvSqrt\[[8\]](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/index.html#footnote_8)技巧帮助推动了3dfx 1的发挥。 为了达到极致，可以下载GLQPlus（http://ftp.oldskool.org/pub/drivers/3dfx/voodoo1/game_patches/），据说可以将帧率提升5-10+帧\[[9\]](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/index.html#footnote_9)。我不想让老家伙太累，所以没尝试。 K5 --- 和v1000一样，我想看看3dfx 1能在多大程度上让K5/6x86玩Quake。我用AMD K5 PR166做了一个基本测试。这台机器在640x480下达到了可玩的帧率：26.3fps\[[10\]](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/index.html#footnote_10)。 走向Voodoo2 --- 在Pentium 1平台上使用3Dfx Voodoo2意义不大。但这张卡我超爱，我们永远不能分开。Voodoo2体现了卓越\[[11\]](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/index.html#footnote_11)。我甚至觉得它的PCB很美。在那个年代，这张卡主宰了消费级3D，没有其他产品能挑战它的性能。我直到现在才拥有一张。尽管有时空错乱感（Voodoo2于1998年2月发布，在雷神之锤II之后），我还是决定用它。 大部分环境变量都变了（全部参见mdgx.com（https://www.mdgx.com/3dfx.htm）），所以我制作了两个启动脚本：3dfx2\_640\_480.bat（https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/3dfx2_640_480.bat）和3dfx2\_800\_600.bat（https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/3dfx2_800_600.bat）。glquake.cfg（https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/glquake.cfg）脚本保持不变。 [](https://fabiensanglard.net/quake_pc/glquake/voodoo2.webp)Creative Voodoo2没有机械继电器。切换到3D渲染时安静得令人安心。 640x480下的基准测试。 MMX 233 MHz | MMX 200 MHz | MMX 166 MHz | MMX 133 MHz --- | --- | --- | --- quake.exe | 58.5 | 57.2 | 55.1 | 51.9 gl_quake.bat | 78.3 | 72.9 | 64.8 | 57.8 800x600下的基准测试。 MMX 233 MHz | MMX 200 MHz | MMX 166 MHz | MMX 133 MHz --- | --- | --- | --- quake.exe | 46.9 | 46.5 | 45.9 | 44.8 gl_quake.bat | 46.8 | 60.1 | 57.7 | 54.2 数字说明一切。更多基准测试请参见Voodoo2支持指南和FAQ（https://groups.google.com/g/3dfx.products.voodoo2/c/5BFm3u-je6U）。 下一步 --- 尾声（https://fabiensanglard.net/quake_pc/disclaimer/）。 参考文献 --- ^(回到顶部) \[ 1\]John Carmack的.plan文件，1998年2月12日（https://fabiensanglard.net/fd_proxy/doom3/pdfs/johnc-plan_1998.pdf） ^(回到顶部) \[ 2\]《非官方GLQuake & QW指南》（https://web.archive.org/web/20190805025615/https://www.quakewiki.net/archives/frib/glquake.htm#:~:text=Glquake%20looks%20like%20shit.） ^(回到顶部) \[ 3\]软件渲染版Quake与GLQuake的区别（https://www.quaddicted.com/engines/software_vs_glquake） ^(回到顶部) \[ 4\]GLQuake常见问题解答（https://www.oocities.org/gestalt666/faquake4.html#2） ^(回到顶部) \[ 5\]GLQuake故障排除常见问题解答（https://www.oocities.org/gestalt666/faquake5.html） ^(回到顶部) \[ 6\]idGamma与工具网页（https://www.quaketerminus.com/exe.shtml） ^(回到顶部) \[ 7\]雷神之锤3快速InvSqrt()的起源（https://web.archive.org/web/20070104021541/https://www.beyond3d.com/articles/fastinvsqrt/） ^(回到顶部) \[ 8\]快速平方根倒数（https://en.wikipedia.org/wiki/Fast_inverse_square_root） ^(回到顶部) \[ 9\]使用Voodoo与Voodoo 2 3D显卡在GLQuake中的帧率对比（https://www.soldcentralfl.com/quakecoop/compare1.htm） ^(回到顶部) \[10\]项目：无MMX的高端Win95电脑！（https://dosreloaded.de/forum/thread/2123-projekt-highend-win95-rechner-ohne-mmx/） ^(回到顶部) \[11\]3dfx Voodoo1的故事（https://fabiensanglard.net/3dfx_sst1） ---