把遊戲變成現實，光線追蹤技術到底有多神？

我們距離真實的遊戲世界，又近了一步。

上週末，《我的世界》遊戲展示了一段新的演示視訊，重點在於加入了對光線追蹤技術的支援。

不同於我們以往看到的畫素畫面，在這段視訊中，你會看到一個真實，且富有層次感的光影世界。光線穿過小孔，在室內牆壁打出一道柔和的光暈，桔紅色爐火吞吐閃耀著四周的牆壁，陽光直射下水面波光粼粼……這些高度擬真的光線效果雖然在自然界裡理所當然，但在遊戲世界之前卻未曾如此真實過。


「在之前的遊戲裡，你看到一塊發光的金子，它就是亮黃色的；但現在，你可能會在金子表面看到反射後的人物的影子。」《我的世界》創意總監Saxs Persson這樣介紹道。

擅長技術分析的專業媒體Digital Foundry表示，這是他們迄今為止印象最為深刻的光線追蹤演示，因為《我的世界》遊戲本身的建模並不複雜，反而能讓我們能更直觀地感受到動態光線與四周環境產生的互動作用。


打造一個真實的遊戲世界是人類不斷追求的目標，我們以前曾討論過「現有人機互動侷限了玩家在虛擬世界中做出選擇」的問題，與之相對的，歷經數十年演變的遊戲畫面，到這個世代似乎已經走到了極限。

畢竟，我們從2D進展到3D，從480P標清走進4K乃至8K超高清，當初滿屏的馬賽克早已精確到了在人臉建模上能數得清毛孔和髮絲，原本生硬的軀幹動作也基於動捕系統的流暢對映而幾可亂真。

但這幅拼圖其實還缺少了一部分，那就是光線。


過去，人們一直都是靠「光柵化」技術來渲染物體。好比將我們的電腦螢幕當做一個攝像機鏡頭，而「光柵化」技術就是將遊戲中的3D場景和光影轉化為2D平面上的畫素點，而你所看到的反射、陰影等效果，實則是靠後期加工或是其它預渲染技術模擬出來的，效果很生硬不說，也並不完全符合現實世界中真實光線的運作規律。

而光線追蹤，顧名思義，就是讓我們獲得追蹤光線路徑的能力，並藉助演算法來處理、構建出更逼真的光影效果。


比如你在一面鏡子前刷牙，天花板上的照明燈打在你臉上，然後透過皮膚反射到鏡子中，而鏡子又會進行新一輪反射，最終才會到達你的雙眼，可以說，被反射的物件也會影響你所看到的光線效果，這也是我們需要跟蹤的光線路徑。

但完全從光源發起處開始追蹤仍不現實，那意味著我們需要考慮很多條路徑，包括那些玩家看不到的部分，比較省資源的方法是從玩家視角出發，反向跟蹤那些只會被玩家視線相交的光線路徑，則能有效降低計算壓力。


嚴格意義上說，光線追蹤技術並不是一項近幾年才興起的技術。早在1972年，位於紐約的MAGI公司就曾開發了一套名為SynthaVision的軟體，用於跟蹤核輻射放射的源頭，其中已經涉及到一部分光線追蹤的概念。

此後，這項技術引入到電影和電視劇的CGI製作領域中，原本跟蹤核輻射的手段則被轉換成跟蹤光線，我們在1982年的迪士尼電影《創戰紀》中已經能看到它的應用。


雖然在過去三十多年裡，光線追蹤已經在電影和動畫製作上扮演了重要的角色，比如皮克斯旗下的多部動畫作品，但電影的呈現方式在其非互動性，所以製作時可以通過大量伺服器，離線先將畫面渲染好，然後再輸出即可。

而遊戲卻不同，既然存在實時的人機互動，意味著遊戲廠商無法效仿電影行業的做法，而只能通過「實時渲染」的方式來對每一幀畫面進行計算，背後則代表著龐大的計算量。


以去年首批支援光線追蹤的《戰地5》為例，只要在遊戲裡開啟了光線追蹤開關，基本都會出現20%-30%的幀率下降，等於是犧牲效能來換取好畫面。而頂級顯示卡尚且如此，更不要說那些連60幀都無法保證中低端的裝置。

另外，就算在算力支援下，讓光線追蹤技術完全取代光柵化渲染仍不現實，短期內，遊戲行業依舊會使用混合渲染的手段，讓光線追蹤重點渲染那些能帶來直觀效果的場景。

反映在遊戲裡的，便是爆炸後的火焰效果，以及大理石地板和積水等這類能夠體現光線反射的場景，你才會肉眼感受到光線追蹤技術的特性，這種從「好」到「更好」的改變，似乎與原本所說的「重新定義遊戲畫面」相差甚遠。


但事實上，光線追蹤調整的部分，和我們以前看到的人物變得更精細、場景可破壞度更高並沒有太大的關聯。如果遊戲本身已經採用了很成熟的光柵化特效，光線追蹤更像是糾正了原本被錯誤繪製，且不自然的光影，但對大部分不瞭解光學路徑的玩家們來說，可能並不會察覺這種原本就存在的「BUG」。

想要扭轉玩家的慣性認知，意味著光線追蹤技術需要做到大範圍的普及，而這則與遊戲開發商的支援力度息息相關。


我們確實看到了越來越好的一面，經過今年的E3和科隆遊戲展後，新一批3A遊戲對光線追蹤的態度明顯積極許多，包括《使命召喚:現代戰爭》、《賽博朋克2077》和《看門狗:自由軍團》在內的作品都通過大場景的展示來強調光線追蹤技術對畫面的影響，大有成為主流作品標配的趨勢。

而《我的世界》的演示則更為脫胎換骨。Digital Foundry指出，《我的世界》並未停留在反射、環境光遮蔽和全域性光照等特定效果上，而是提供純粹的路徑跟蹤。這意味著它幾乎沒有使用太多傳統的光柵化技術，而是直接還原光線自身的傳播方式，並很好地展現了它與其它材質物體的相互作用。

當然，如開頭所說，這和《我的世界》使用的簡單建模也有很大關係，不過演示中依舊能看到大量高清化的紋理材質，你能看到，光線照射在金屬、大理石和積水這三種表面下會展現出不同的效果。


除此之外，微軟和索尼也都已經宣佈，下一世代遊戲機都會從硬體層面加入對實時光線追蹤的支援，預計會由AMD的圖形晶片驅動。

有了兩大主機平臺方的表態，那些以畫面作為主打賣點的遊戲開發商就很難再保持觀望了。畢竟從遊戲開發者的角度說，一項新技術能否成為主流不僅取決於它的革新性，也要考慮玩家獲取成本和內容支援。如果它能夠出現在所有玩家的手中，內容方的支援顯然是必須的。


開發了《暴雨》、《底特律：成為人類》的Quantic Dream公司CEO大衛·凱奇（David Cage）近期接受GameSpot採訪時也表示，他希望開發商們能夠跟進光照技術的演變，而不僅僅是追求解析度。

「過去我們追求影象多邊形的數量，然後變成了著色器和紋理，現在輪到光線了。雖然大家都在談論像8K這樣的解析度提升，但我寧願把注意力放在反射、陰影等光影效果上，它將改變我們對光線的理解，讓人類進入到一個更寫實的虛擬世界中。」

我們距離真實的遊戲世界，又近了一步。

題圖來源：Control

作者：木斯  
來源：AppSo
原地址：https://mp.weixin.qq.com/s/yBZfgtjJ5mgJm51lblx-2w