生活在現(xiàn)實(shí)世界中,很少有人會(huì)注意各種光線。太陽光反射與折射,湖面中的倒影,霓虹燈閃爍的光線,透光窗戶照射在房間中的光線,不同形式的光線雖然不起眼,但是它們讓這個(gè)世界充滿煙火氣。

反觀游戲中的虛擬世界,不管畫面有多清晰,人物形象有多動(dòng)人,總讓人覺得缺少真實(shí)感。曾經(jīng)有人總結(jié)虛擬世界與現(xiàn)實(shí)世界的區(qū)別,光線帶來的反差感被著重強(qiáng)調(diào)。虛擬世界中的光線往往都是直射,缺少反射與衍射,光線缺少明暗、深淺與陰影,整體上缺少立體感。

為了讓游戲中畫面更加真實(shí),三年前英偉達(dá)發(fā)布了圖靈架構(gòu)顯卡,增加了模擬真實(shí)世界光線效果的“光線追蹤技術(shù)”,也就是所謂的光追。

PC 端光追顯卡發(fā)布會(huì),電腦端游戲進(jìn)入全新的時(shí)代,無數(shù)網(wǎng)友沉浸在光追效果渲染的擬真世界中。而在手機(jī)端,光追技術(shù)也沒讓玩家們等多久。

上周,手機(jī)芯片廠家聯(lián)發(fā)科發(fā)布移動(dòng)端光追解決方案,利用新的硬件圖像處理結(jié)合光線追蹤特性以更低功耗實(shí)現(xiàn)畫質(zhì)的飛躍。

光追技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)?

中學(xué)物理介紹過光線的傳播原理:光線在傳播過程中會(huì)發(fā)生折射、反射與陰影效應(yīng),而光追技術(shù)就是運(yùn)用已有的原理,追蹤光線的傳播方向,將其應(yīng)用到視覺畫面渲染中。具體而言,就是利用光子傳播的方式來計(jì)算環(huán)境內(nèi)光線的照射路徑以及與物體碰撞后形成的反射效果。計(jì)算完成后,系統(tǒng)就知道何處明亮、何處昏暗、何處是被第一次光線反射而照亮的。

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子,平時(shí)我們?cè)陔娪霸褐锌吹奖普娴奶匦Ч?不少就采用了光追技術(shù),很多場(chǎng)景并不存在于真實(shí)世界,然而在大屏幕上看起來卻“真實(shí)感”十足。

電腦端光追技術(shù)一開始由微軟提出,專門用于 3D 效果渲染,可惜微軟沒有深入研究這個(gè)技術(shù),以至于長(zhǎng)年少有人問津。改變出現(xiàn)在 2018 年,主要從事顯卡研發(fā)的英偉達(dá)在當(dāng)年 8 月推出了支持實(shí)時(shí)光追技術(shù)的 RTX 2080Ti 顯卡,號(hào)稱近 12 年來顯卡界最大的革命與成功。

眾所周知,英偉達(dá)是偉大的顯卡公司,而顯卡又是電腦端圖像渲染的核心。英偉達(dá)旗下光追顯卡推出后,眾多游戲大作紛紛支持光線追蹤。在那幾年,不支持光追的顯卡,幾乎沒有資格稱作年度大作。當(dāng)眾多游戲大作運(yùn)用上光追技術(shù)之后,玩家們發(fā)現(xiàn)真實(shí)感與層次感變得更加出色,非常接近于真實(shí)世界中的光影效果。玩家們一旦用上光追顯卡,就很難離開它。

移動(dòng)端光追技術(shù)特色

英偉達(dá)光追顯卡效果毋庸置疑,可對(duì)普通玩家來說卻比較遙遠(yuǎn)。支持光追技術(shù)的顯卡價(jià)格少說都要好幾千,加上 CPU、硬盤等硬件,攢一臺(tái)支持光追技術(shù)的電腦至少也要上萬元。

與此同時(shí),光追技術(shù)并非完美無缺。光線渲染非常復(fù)雜,即使是最為先進(jìn)的顯卡,也難以模擬出數(shù)百條光線傳輸軌跡。電影大片中的光追效果之所以接近真實(shí),是因?yàn)槟遣⒉皇菍?shí)時(shí)光追畫面,影視后期工作者有充足的時(shí)間對(duì)既有視頻進(jìn)行光追渲染。

而顯卡上的光追技術(shù)屬于實(shí)時(shí)光線追蹤,短時(shí)間內(nèi)難以處理大量樣本,實(shí)時(shí)渲染效果自然大打折扣。此外,顯卡中加入 RT Core,計(jì)算量極其龐大,影響了顯卡本身的渲染效果,不少網(wǎng)友反饋開光追后游戲幀數(shù)暴跌70%。

電腦端顯卡尚不能處理好實(shí)時(shí)光追技術(shù),移動(dòng)端顯卡又該如何處理呢?其實(shí),聯(lián)發(fā)科在這里用了取巧的方法。

如果按照英偉達(dá)的路線,聯(lián)發(fā)科需要研發(fā)高性能 GPU,再分出一部分用于光追計(jì)算?？陕?lián)發(fā)科處理器 GPU 性能本來就不出色,再分出一部分,畫面顯示效果將大幅落后于高通、蘋果這些競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

于是乎,聯(lián)發(fā)科創(chuàng)造性搞出一個(gè)光線追蹤 SDK 工具包,結(jié)合騰訊游戲?yàn)橐苿?dòng)平臺(tái)量身定做的光線追蹤渲染管線,從而實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端光線追蹤。技術(shù)上,聯(lián)發(fā)科光追 SDK 基于Vulkan 光追擴(kuò)展規(guī)范上擴(kuò)展而來。

Vulkan 光線追蹤標(biāo)準(zhǔn)是開放、跨平臺(tái)、跨廠商的光追標(biāo)準(zhǔn),聯(lián)發(fā)科在其基礎(chǔ)上與下游游戲廠家騰訊聯(lián)合,為特定游戲做定制化光追提升。

顯示效果上,根據(jù)聯(lián)發(fā)科公布的測(cè)試視頻,移動(dòng)端游戲畫面提升明顯,光線效果沉浸感非常棒。不過,實(shí)時(shí)顯示效果或許跟測(cè)試視頻有些出入?？紤]到聯(lián)發(fā)科采用軟件工具包方案,理論上光追效果比不上英偉達(dá)光追顯卡。

說一千道一萬,在正式體驗(yàn)之前,聯(lián)發(fā)科光追效果難以評(píng)估。然而,聯(lián)發(fā)科發(fā)布光追技術(shù)本身就是一次巨大的突破,它象征著移動(dòng)端芯片廠家第一次正視光追需求。未來,高通、蘋果、三星等芯片廠商或許會(huì)陸續(xù)跟進(jìn),手機(jī)游戲普及光追的時(shí)代指日可待。