生活在現實世界中,很少有人會注意各種光線。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,人物形象有多動人,總讓人覺得缺少真實感。曾經有人總結虛擬世界與現實世界的區別,光線帶來的反差感被著重強調。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,三年前英偉達發布了圖靈架構顯卡,增加了模擬真實世界光線效果的“光線追蹤技術”,也就是所謂的光追。

PC 端光追顯卡發布會,電腦端游戲進入全新的時代,無數網友沉浸在光追效果渲染的擬真世界中。而在手機端,光追技術也沒讓玩家們等多久。

上周,手機芯片廠家聯發科發布移動端光追解決方案,利用新的硬件圖像處理結合光線追蹤特性以更低功耗實現畫質的飛躍。

光追技術如何實現?

中學物理介紹過光線的傳播原理:光線在傳播過程中會發生折射、反射與陰影效應,而光追技術就是運用已有的原理,追蹤光線的傳播方向,將其應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算環境內光線的照射路徑以及與物體碰撞后形成的反射效果。計算完成后,系統就知道何處明亮、何處昏暗、何處是被第一次光線反射而照亮的。

舉個簡單的例子,平時我們在電影院中看到逼真的特效效果,不少就采用了光追技術,很多場景并不存在于真實世界,然而在大屏幕上看起來卻“真實感”十足。

電腦端光追技術一開始由微軟提出,專門用于 3D 效果渲染,可惜微軟沒有深入研究這個技術,以至于長年少有人問津。改變出現在 2018 年,主要從事顯卡研發的英偉達在當年 8 月推出了支持實時光追技術的 RTX 2080Ti 顯卡,號稱近 12 年來顯卡界最大的革命與成功。

眾所周知,英偉達是偉大的顯卡公司,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。當眾多游戲大作運用上光追技術之后,玩家們發現真實感與層次感變得更加出色,非常接近于真實世界中的光影效果。玩家們一旦用上光追顯卡,就很難離開它。

移動端光追技術特色

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

與此同時,光追技術并非完美無缺。光線渲染非常復雜,即使是最為先進的顯卡,也難以模擬出數百條光線傳輸軌跡。電影大片中的光追效果之所以接近真實,是因為那并不是實時光追畫面,影視后期工作者有充足的時間對既有視頻進行光追渲染。

而顯卡上的光追技術屬于實時光線追蹤,短時間內難以處理大量樣本,實時渲染效果自然大打折扣。此外,顯卡中加入 RT Core,計算量極其龐大,影響了顯卡本身的渲染效果,不少網友反饋開光追后游戲幀數暴跌70%。

電腦端顯卡尚不能處理好實時光追技術,移動端顯卡又該如何處理呢?其實,聯發科在這里用了取巧的方法。

如果按照英偉達的路線,聯發科需要研發高性能 GPU,再分出一部分用于光追計算。可聯發科處理器 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、蘋果這些競爭對手。

于是乎,聯發科創造性搞出一個光線追蹤 SDK 工具包,結合騰訊游戲為移動平臺量身定做的光線追蹤渲染管線,從而實現移動端光線追蹤。技術上,聯發科光追 SDK 基于Vulkan 光追擴展規范上擴展而來。

Vulkan 光線追蹤標準是開放、跨平臺、跨廠商的光追標準,聯發科在其基礎上與下游游戲廠家騰訊聯合,為特定游戲做定制化光追提升。

顯示效果上,根據聯發科公布的測試視頻,移動端游戲畫面提升明顯,光線效果沉浸感非常棒。不過,實時顯示效果或許跟測試視頻有些出入。考慮到聯發科采用軟件工具包方案,理論上光追效果比不上英偉達光追顯卡。

說一千道一萬,在正式體驗之前,聯發科光追效果難以評估。然而,聯發科發布光追技術本身就是一次巨大的突破,它象征著移動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陸續跟進,手機游戲普及光追的時代指日可待。