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说了一整年的光线追蹤技术,对游戏世界的影响才刚刚开始

阅读544| 发布: 2018-01-23 15:16 | 点赞: 706

说了一整年的光线追蹤技术,对游戏世界的影响才刚刚开始

上週末,《当个创世神》(Minecraft)展示了一段新影片,重点在于增加支援光线追蹤技术。

不同于以往看到的像素画面,在这段影片,你会看到真实且富层次感的光影世界。光线穿过小孔,在室内墙壁打出一道柔和的光晕,橘红色炉火闪耀四周墙壁,阳光直射下水面波光粼粼……这些高拟真的光线效果虽然在自然界理所当然,但在游戏世界却未曾如此真实。

《当个创世神》光线追蹤展示。

「之前的游戏里,你看到一块发光的金子,它就是亮黄色的;但现在,你可能会在金子表面看到反射的人物影子。」《当个创世神》创意总监 Saxs Persson 介绍。

擅长技术分析的专业媒体 Digital Foundry 表示,这是他们迄今印象最深刻的光线追蹤展示,因为《当个创世神》游戏本身建模并不复杂,反而能让玩家更直觉感受到动态光线与四周环境的交互作用。

说了一整年的光线追蹤技术,对游戏世界的影响才刚刚开始

打造真实的游戏世界是人类不断追求的目标,以前曾讨论「现有人机互动局限了玩家在虚拟世界做选择」的问题,与之相对,历经数十年演变的游戏画面,到这个世代似乎已走到极限。

毕竟,我们从 2D 进展到 3D、从 480P 标清走进 4K 乃至 8K 超高清,当初满萤幕的马赛克早已精确到人脸建模能数得清毛孔和髮丝,原本生硬的躯干动作也基于动捕系统的流畅映射而几可乱真。

但这幅拼图其实还少了一部分,就是光线。

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左边为光栅化原理,右边则是光线追蹤路径。

过去,人们一直靠「光栅化」技术渲染物体,好比将电脑萤幕当成摄影镜头,「光栅化」技术就是将游戏的 3D 场景和光影转化为 2D 平面的画素点,你看到的反射、阴影等效果,是靠后期加工或其他预渲染技术模拟的,效果生硬不说,也不完全符合现实世界的真实光线运作规则。

光线追蹤顾名思义,就是获得追蹤光线路径的能力,并藉助演算法处理、构建更逼真的光影效果。

比如在镜子前刷牙,天花板的灯光打在人脸上,然后透过皮肤反射到镜子,镜子又会再反射,最终才会到达双眼,可以说,被反射的对象也会影响看到的光线效果,这就是需要追蹤的光线路径。

但完全从光源开始追蹤仍不实际,那意味着需要考虑很多条路径,包括玩家看不到的部分,比较省资源的方法是从玩家视角出发,反向追蹤只会与玩家视线相交的光线路径,就能有效降低计算压力。

严格意义来说,光线追蹤技术并不是近几年才兴起的技术。早在 1972 年,纽约 MAGI 公司就曾开发名为 SynthaVision 的软体,用于追蹤核辐射放射源头,已涉及一部分光线追蹤概念。

此后,这项技术引入电影和影集 CGI 製作领域,原本追蹤核辐射的方法则转换成追蹤光线,1982 年的迪士尼电影《创:光速战记》已经能看到应用。

虽然过去 30 多年,光线追蹤已在电影和动画製作扮演重要的角色,比如皮克斯旗下多部动画,但电影的呈现方式在非互动性,所以製作时可透过大量伺服器,离线先将画面渲染好,然后再输出即可。

游戏却不同,既然是即时人机互动,意味着游戏厂商无法效仿电影业的做法,而只能透过「即时渲染」的方式计算每帧画面,背后代表着庞大的计算量。

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以去年首批支援光线追蹤的《战地风云 5》为例,只要开启光线追蹤,基本都会出现 20%~30% 帧率下降,等于牺牲性能换取好画面,顶级显卡尚且如此,更不要说那些连 60 帧都无法保证的中低阶设备。

另外,就算算力支援,让光线追蹤技术完全取代光栅化渲染仍不实际,短期内,游戏业依旧使用混合渲染,让光线追蹤重点渲染有直觉效果的场景。

反映到游戏,便是爆炸后的火焰效果,以及大理石地板与积水这类能体现光线反射的场景,你才会肉眼感受到光线追蹤技术的特性,这种从「好」到「更好」的改变,似乎与原本所说的「重新定义游戏画面」相差甚远。

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事实上,光线追蹤调整的部分,和人物变得更精细、场景可破坏度更高并没有太大关联。如果游戏本身已採用很成熟的光栅化特效,光线追蹤更像纠正原本错误绘製且不自然的光影,但对大部分不了解光学路径的玩家来说,可能不会察觉这种原本就有的「BUG」。

想扭转玩家的惯性认知,意味着光线追蹤技术需要大範围普及,而这与游戏开发商的支援力度息息相关。

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我们确实看到越来越好的一面,经过今年 E3 和科隆游戏展后,新一批 3A 游戏对光线追蹤的态度明显积极许多,包括《决胜时刻 4:现代战争》、《电驭叛客 2077》和《看门狗:自由军团》等作品,都透过大场景展示强调光线追蹤技术对画面的影响,大有成为主流作品标配的趋势。

而《当个创世神》的展示更脱胎换骨。Digital Foundry 指出,《当个创世神》并未停留在反射、环境光遮蔽和全局光照等特定效果,而是提供纯粹的路径追蹤。这意味着几乎没有使用太多传统光栅化,而是直接还原光线自身传播方式,并展现与其他材质物体的相互作用。

当然,如开头所说,这和《当个创世神》使用的简单建模也有很大关係,不过展示片依旧能看到大量高清化的纹理材质,光线照射到金属、大理石和积水 3 种表面会展现不同效果。

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除此之外,微软和 Sony 也都宣布,下一世代游戏机都会从硬体层面支援即时光线追蹤,预计由 AMD 图形晶片驱动。

有了两大主机平台表态,以画面为主打卖点的游戏开发商就很难再保持观望了。毕竟从游戏开发者的角度说,一项新技术能否成为主流不仅取决于革新性,也要考虑玩家获取成本和内容多寡。如果能出现在所有玩家手中,内容方的支援显然十分必须。

开发《暴雨杀机》、《底特律:变人》的 Quantic Dream 公司 CEO 大卫‧凯奇(David Cage)近期接受 GameSpot 採访时也表示,他希望开发商能跟进光照技术演变,而不只是追求解析度。

「过去我们追求图像多边形的数量,然后变成着色器和纹理,现在轮到光线了。虽然大家都在谈论像 8K 这类解析度提升,但我宁愿把注意力放在反射、阴影等光影效果,这将改变我们对光线的理解,让人类进入更写实的虚拟世界。」

我们距离真实的游戏世界,又近了一步。

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