從《Call of Duty》到《MineCraft》,光線追蹤技術如何改變遊戲?
2019年10月29日16:07

支持光線追蹤的《MineCraft》
支持光線追蹤的《MineCraft》

  就在今天,由Activision發行的遊戲《Call of Duty:Modern Warfare》(下稱《Call of Duty》)就要解鎖發售了,不難想像,到時候已經預加載完畢遊戲、迫不及待的玩家們在短時間里湧入服務器,體驗這款一年一度射擊遊戲大作的魅力。

  迫不及待的還有賣GPU的NVIDIA公司,在自家網站上,NVIDIA早早放出了針對新遊戲優化的顯卡驅動程序,並不忘叮嚀玩家,為了保證最好的遊戲體驗,請儘早下載安裝最新版本驅動。

  《Call of Duty:Modern Warfare》支持光線追蹤技術。

  在NVIDIA內部,對《Call of Duty》的期待顯然不小,一個重要的原因是,這款遊戲將支持NVIDIA的光線追蹤技術,它宣稱在PC上,“玩家將能體驗到沉浸式的光線追蹤陰影,高質量的效果以及PC所能達到的最快幀數”,潛台詞是,你應該有一塊NVIDIA的最新顯卡。

  “我們對《Call of Duty》的表現很樂觀,因為前期的遊戲測試成績非常理想,而且在PC上的體驗優勢是巨大的。比如,這次《Call of Duty》不限製遊戲的最高幀數,支持多台顯示器顯示。”一位NVIDIA員工告訴界面新聞,“你的顯卡有多好,遊戲的畫面效果就會有多好。”

  這意味著玩家手中的頂級RTX2080Ti顯卡——這是NVIDIA支持光線追蹤的最高端顯卡型號,俗稱“煤氣灶”——有了用武之地。

  “要有光”

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

  要在遊戲中實現這樣的效果,有一種被稱為光柵式渲染技術得到應用,但光柵渲染並不完美,它需要大量的手工設置,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。而且最終的結果只能在視覺上接近真實,但並不遵循物理規律,存在著不少問題。

  一個例子就是反射。在《Battlefield5》的戰鬥場面中,汽車、水坑和地面上熊熊燃燒著火,可是畫面里我們卻看不到火光,採用光柵化技術實現的火光不能反射到汽車窗戶和水坑上,但通過光線追蹤技術火焰的反射效果會真實。

  這不僅僅是為了創造更加完美的圖像,而且還會對遊戲玩法產生根本性的影響。

  想像一下,在一局《Battlefield5》遊戲里,當敵人躲在街角,等待你的上鉤,但你通過地面水窪的光線反射注意到了角落中的敵人,這時,你該怎麼做?

  《Battlefield5》,注意地上水面的建築倒影。

  光線追蹤技術則是模擬光線的傳播,電腦只渲染光線打到地方,因此僅需要很少的人工編程,相比於光柵式渲染簡便了很多。同時光線追蹤也能表現出相當真實的畫面,在光影效果的表現上甚至更強,尤其是符合物理規律的光影效果。

  正如開發了《Battlefield》系列的DICE製作人David Sirland所說的,以前在遊戲中,“讓光線的反射真實且正確非常棘手 ”。

  從開發人員的角度來說,光線追蹤為開發人員簡化了開發工作量,同時讓畫面效果看起來更好,這是一場技術推動的勝利。

  “我們的RTX(顯卡)會表現同一光源在不同材質上的效果,以前是使用生硬的貼圖。RTX還能在光強度變化時實時反映出變化,以前因為計算量大難以實現,有了RTX,一顆GPU就能完成,這是以前無法想像的,”NVIDIA中國區總經理張建中此前告訴界面新聞,“RTX會將遊戲畫面完全改寫,讓遊戲更加逼真。”

  當然,一個圖形技術不能決定一個遊戲的最終賣座與否,但它可以讓關卡設計師和美工們有更多施展空間,把遊戲畫面做得更好,故事和劇情也更為精彩。

  成為潮流

  建立標準並推廣新技術從來不容易,尤其考慮到新技術綁定的產品具有排他性的情況下,這意味著提高的產品售價,和隨之增長的普及成本。

  在光柵渲染時代,光影效果的模擬從計算性能的角度來看,它的代價非常的“昂貴”,超出了傳統硬件的能力範圍。

  光線追蹤通過從我們的眼睛(觀景式照相機)反向追蹤光線捕捉這些效果,這種技術是 IBM 的 Arthur Appel 於 1969 年在《Some Techniques for Shading Machine Renderings of Solids》中首次提出的。

  過去,這樣的光線追蹤計算是電影製作的專屬,在電影製片廠強大的工作站可以配備高端顯卡,這會非常的耗電,它可以不計時間成本和功耗來在本地構建場景中所需要的光線情況。因此,以一個可以接受的幀數渲染光線渲染正確的遊戲圖像,成本十分高昂。

  直到2018年,在NVIDIA推出圖靈核心後,聯合微軟的DirectX光線追蹤API,實現光線追蹤的成本和效率變得可以接受,這項技術的普及有了進一步可能。

  實現實時光線追蹤效果的原因是,在圖靈架構RTX GPU上,傳統的光柵化計算硬件和專用的芯片相結合,專門設計用於加速一些光線追蹤的計算。

  當然,不提供相應的圖形接口和軟件的硬件是沒有用的,隨著微軟在2019年正式對支持光線追蹤的遊戲提供圖形接口支持,舊款顯卡也有了開啟光線追蹤的能力。

  在圖形技術進步和硬件性能增強的技術變革點上,有一點可以肯定,下一代遊戲主機和雲遊戲帶來的架構、商業模式變革,光線追蹤將成為主流技術,成為下一代圖形技術的標配。

  微軟和索尼都已經宣佈,各自的下一代遊戲機(預計將於2020年推出)將納入基於硬件的實時光線追蹤支持。有趣的是,這兩款設備都將由AMD設計的gpu驅動,這強烈暗示AMD將把實時光線追蹤硬件技術引入下一代AMD顯卡。

  最近英特爾也宣佈,將在2020年推出的Xe獨立顯卡,重回光線追蹤的世界。

  即使中國公司在這場技術競爭中也沒有落後,圖形芯片設計公司Imagination在近年5月宣佈,開始提供其PowerVR光線追蹤技術授權,該公司的光線追蹤方案更適用於手機等低能耗的移動設備。

  實時光線追蹤任重而道遠,但它的發展勢頭還在增長。最真實的反應可能來自現在最堅定的鼓吹者NVIDIA。

  在去年推出第一代RTX顯卡後,NVIDIA曾面臨一些批評,因為許多流行的PC遊戲對實時光線追蹤的支持有限。

  現在,在主打光線追蹤的RTX系列顯卡發佈一週年以後,前期顯得有些匱乏的光線追蹤支持遊戲陣容有了豐富的跡象。

  目前看來,支持光線追蹤的遊戲正在變多,包括即將到來的《賽博朋克2077》《Watch_Dogs:軍團》《Call of Duty:Modern Warfare》等,國產遊戲方面,我們還會等來《重生:邊緣》和《光明記憶》。

  NVIDIA還計劃為更多3D老遊戲帶來光線追蹤效果,通過光影的魅力,讓遊戲產生驚豔且脫胎換骨的,除了經典遊戲《毀滅戰士》,《MineCraft》也將迎來光線追蹤技術升級。

  《MineCraft》遊戲本身的建模並不複雜,能讓人能更直觀地感受到動態光線與四周環境產生的交互作用。

  “我花費大量時間說服一些滿腹狐疑的記者和意見領袖們,讓他們相信光線追蹤是遊戲產業的下一場重大變革。”NVIDIA公關Brian Burke說,“別告訴我老闆,我的工作突然間輕鬆不少。”

  來源:界面

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