根據(jù)目前已知的情報(bào)，次時(shí)代的 PS 和 Xbox 主機(jī)（下文統(tǒng)稱為次時(shí)代主機(jī)）都將搭載「實(shí)時(shí)光線追蹤」技術(shù)。相信已經(jīng)有不少文章對(duì)于光線追蹤這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了說(shuō)明和介紹，然而其中鮮有提及其會(huì)給次時(shí)代家用主機(jī)的畫面表現(xiàn)帶來(lái)怎樣的影響，本文將以此為核心，講講光線追蹤技術(shù)將會(huì)給家用主機(jī)帶來(lái)的變化。

為什么需要光線追蹤？

首先不得不說(shuō)的是，盡管搭載了實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)，但并不代表著游戲畫面中的所有要素都將以光線追蹤的形式進(jìn)行呈現(xiàn)。從初代 PS 主機(jī)就開始使用的「柵格化（Rasterise）渲染」，在次時(shí)代主機(jī)中依舊還會(huì)沿用。那么到底哪些場(chǎng)景會(huì)運(yùn)用光線追蹤技術(shù)來(lái)呈現(xiàn)呢？那就是當(dāng)使用現(xiàn)有的柵格化渲染的圖像出現(xiàn)「呈現(xiàn)出不真實(shí)感」或是「在惡劣條件下，品質(zhì)明顯下降」的情況時(shí)。

其中一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就是「鏡像」的細(xì)節(jié)。試想在一個(gè)激烈的賽車比賽現(xiàn)場(chǎng)，明明車體上能夠映射出周圍的天空、云彩和美麗的環(huán)境，但卻沒法呈現(xiàn)出對(duì)手車體的倒影，玩家明顯會(huì)產(chǎn)生不自然的感覺。
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另一個(gè)難點(diǎn)就是影子。使用柵格化渲染，影子很難能夠表現(xiàn)物體的細(xì)節(jié)，腳和地面連接處的影子也會(huì)有錯(cuò)位現(xiàn)象。同時(shí)在表現(xiàn)遠(yuǎn)距離投射下來(lái)的長(zhǎng)影時(shí)，會(huì)有明顯的鋸齒感。

物體不僅僅要接受直接光源的照射，還要表現(xiàn)出受到其他物體的反射光，也就是「間接光源」所照射的效果，實(shí)現(xiàn)類似效果的技術(shù)其實(shí)也是從 PS3 時(shí)代的中期才開始漸漸普及的。「掀開窗簾后，陽(yáng)光照射進(jìn)屋內(nèi)，昏暗的小屋一下明亮起來(lái)……」這樣在現(xiàn)實(shí)中理所應(yīng)當(dāng)?shù)膱?chǎng)景，在 CG 的制作中其實(shí)是很難攻克的話題。

圖像在這些方面的表現(xiàn)難度，哪怕是目前最新的 GPU，也沒法直接處理光線的照射效果，必須得舍棄畫面外的情報(bào)來(lái)進(jìn)行運(yùn)算。因?yàn)檎f(shuō)到底，柵格化渲染技術(shù)是基于計(jì)算畫面中每個(gè)像素的色彩來(lái)渲染圖像的，無(wú)法準(zhǔn)確判斷和計(jì)算 3D 空間內(nèi)存在的第三者帶來(lái)的影響。而最初柵格化渲染技術(shù)就是特地省略了這部分高負(fù)荷的內(nèi)容來(lái)實(shí)現(xiàn)高速的計(jì)算效果，以此為基礎(chǔ)的 GPU 技術(shù)，也從 1990 年代開始不斷地進(jìn)化。

說(shuō)了這么多，光線追蹤技術(shù)其實(shí)就是克服了上文中提到的傳統(tǒng)渲染手段的弱點(diǎn)，具有「采集畫面外情報(bào)并進(jìn)行計(jì)算」的能力，解決了如何在計(jì)算像素色彩的同時(shí)，兼顧第三者影響的難題。
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次時(shí)代主機(jī)的畫面究竟是什么感覺？

先前的情報(bào)已經(jīng)確認(rèn)，買手機(jī)游戲次時(shí)代的主機(jī)將會(huì)搭載由 AMD 生產(chǎn)的 GPU。而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手英偉達(dá)則領(lǐng)先一步，在 2018 年夏天就已經(jīng)將搭載了光線追蹤技術(shù)的 RTX 系列 GPU 投入了消費(fèi)者市場(chǎng)。按照目前的推算，次時(shí)代主機(jī)的光線追蹤性能應(yīng)該會(huì)與 RTX 系 GPU 的水平基本相同或稍低一些。因此目前已上市的支持光線追蹤技術(shù)的游戲，在使用 RTX 系 GPU 的 PC 上的畫面效果應(yīng)該會(huì)和未來(lái)的主機(jī)畫面效果十分接近。

「光線」就像是宇宙探測(cè)器

光線追蹤（ray tracing）中的「ray」盡管被翻譯為「光線」，但實(shí)際上更接近于由像素點(diǎn)向整個(gè) 3D 空間發(fā)出的宇宙探測(cè)器。而光線追蹤技術(shù)會(huì)將這些探測(cè)器一一回收，并根據(jù)其中的情報(bào)來(lái)計(jì)算該像素應(yīng)該呈現(xiàn)的色彩。從每個(gè)像素發(fā)出的探測(cè)器越多，就能夠更準(zhǔn)確地再現(xiàn)出這個(gè)「浩瀚的宇宙」也就是游戲內(nèi)的 3D 世界。

比如說(shuō)現(xiàn)在有 10 個(gè)光源，每個(gè)光源都會(huì)生成對(duì)應(yīng)的陰影。那么各個(gè)像素點(diǎn)就得向每個(gè)光源都發(fā)射光線，來(lái)確認(rèn)是否有遮蔽物之類的情報(bào)。如果只向其中 4 個(gè)光源發(fā)射的話，剩下的 6 個(gè)光源就不會(huì)形成陰影。

那么以目前搭載了實(shí)時(shí)光線追蹤技術(shù)的 GPU 性能，在 1080P 分辨率下呈現(xiàn) 60 幀的畫面時(shí)，每一個(gè)像素大概能發(fā)出多少光線呢？因?yàn)槟壳按螘r(shí)代主機(jī)所使用的 GPU 型號(hào)尚未公開，所以我們只能以英偉達(dá)最新發(fā)售的 GPU 的相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)作為參考。
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雖然看上去能射出不少數(shù)量的光線，但考慮到處理每束光線的情報(bào)帶來(lái)的負(fù)荷，實(shí)際能夠使用到的數(shù)量會(huì)更少。對(duì)于必須得控制售價(jià)的家用主機(jī)來(lái)說(shuō)，比起英偉達(dá)的 GPU，性能恐怕也不會(huì)有很大提升。

從「光線追蹤」到「路徑追蹤」（path tracing）

目前的 GPU 已經(jīng)搭載了光線追蹤技術(shù)，而今后隨著技術(shù)的進(jìn)步，相信「每秒射出的光線數(shù)」也會(huì)有進(jìn)一步地增長(zhǎng)。伴隨性能提升的同時(shí)，利用光線追蹤來(lái)呈現(xiàn)的場(chǎng)景也會(huì)越來(lái)越多，圖形技術(shù)可能會(huì)邁入到一個(gè)全新的階段。

注：路徑追蹤：理論上是指由各像素向全方位的空間發(fā)射無(wú)限數(shù)量的光線，再對(duì)其進(jìn)行光線追蹤渲染，可以說(shuō)是光線追蹤的高級(jí)概念。因?yàn)樵诂F(xiàn)實(shí)中不可能射出無(wú)限條光線，所以目前實(shí)際表現(xiàn)為向隨機(jī)方向發(fā)射上百條光線的形式。在今年的 CG 國(guó)際會(huì)議上，英偉達(dá)的工程師曾提出了「游戲圖形畫面將在2035 年實(shí)現(xiàn)對(duì)路徑追蹤的支持」的預(yù)測(cè)。

而次時(shí)代主機(jī)也將會(huì)參與進(jìn)這次游戲畫面的技術(shù)革新之中，相信大家都和我一樣非常期待它們的正式亮相。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的搭载「光线追踪」技术的次时代主机会有怎样的画面表现？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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