生活在现实世界中,很少有人会注意各种光线。太阳光反射与折射,湖面中的倒影,霓虹灯闪烁的光线,透光窗户照射在房间中的光线,不同形式的光线虽然不起眼,但是它们让这个世界充满烟火气。

反观游戏中的虚拟世界,不管画面有多清晰,人物形象有多动人,总让人觉得缺少真实感。曾经有人总结虚拟世界与现实世界的区别,光线带来的反差感被着重强调。虚拟世界中的光线往往都是直射,缺少反射与衍射,光线缺少明暗、深浅与阴影,整体上缺少立体感。

为了让游戏中画面更加真实,三年前英伟达发布了图灵架构显卡,增加了模拟真实世界光线效果的“光线追踪技术”,也就是所谓的光追。

PC 端光追显卡发布会,电脑端游戏进入全新的时代,无数网友沉浸在光追效果渲染的拟真世界中。而在手机端,光追技术也没让玩家们等多久。

上周,手机芯片厂家联发科发布移动端光追解决方案,利用新的硬件图像处理结合光线追踪特性以更低功耗实现画质的飞跃。

光追技术如何实现?

中学物理介绍过光线的传播原理:光线在传播过程中会发生折射、反射与阴影效应,而光追技术就是运用已有的原理,追踪光线的传播方向,将其应用到视觉画面渲染中。具体而言,就是利用光子传播的方式来计算环境内光线的照射路径以及与物体碰撞后形成的反射效果。计算完成后,系统就知道何处明亮、何处昏暗、何处是被第一次光线反射而照亮的。

举个简单的例子,平时我们在电影院中看到逼真的特效效果,不少就采用了光追技术,很多场景并不存在于真实世界,然而在大屏幕上看起来却“真实感”十足。

电脑端光追技术一开始由微软提出,专门用于 3D 效果渲染,可惜微软没有深入研究这个技术,以至于长年少有人问津。改变出现在 2018 年,主要从事显卡研发的英伟达在当年 8 月推出了支持实时光追技术的 RTX 2080Ti 显卡,号称近 12 年来显卡界最大的革命与成功。

众所周知,英伟达是伟大的显卡公司,而显卡又是电脑端图像渲染的核心。英伟达旗下光追显卡推出后,众多游戏大作纷纷支持光线追踪。在那几年,不支持光追的显卡,几乎没有资格称作年度大作。当众多游戏大作运用上光追技术之后,玩家们发现真实感与层次感变得更加出色,非常接近于真实世界中的光影效果。玩家们一旦用上光追显卡,就很难离开它。

移动端光追技术特色

英伟达光追显卡效果毋庸置疑,可对普通玩家来说却比较遥远。支持光追技术的显卡价格少说都要好几千,加上 CPU、硬盘等硬件,攒一台支持光追技术的电脑至少也要上万元。

与此同时,光追技术并非完美无缺。光线渲染非常复杂,即使是最为先进的显卡,也难以模拟出数百条光线传输轨迹。电影大片中的光追效果之所以接近真实,是因为那并不是实时光追画面,影视后期工作者有充足的时间对既有视频进行光追渲染。

而显卡上的光追技术属于实时光线追踪,短时间内难以处理大量样本,实时渲染效果自然大打折扣。此外,显卡中加入 RT Core,计算量极其庞大,影响了显卡本身的渲染效果,不少网友反馈开光追后游戏帧数暴跌70%。

电脑端显卡尚不能处理好实时光追技术,移动端显卡又该如何处理呢?其实,联发科在这里用了取巧的方法。

如果按照英伟达的路线,联发科需要研发高性能 GPU,再分出一部分用于光追计算。可联发科处理器 GPU 性能本来就不出色,再分出一部分,画面显示效果将大幅落后于高通、苹果这些竞争对手。

于是乎,联发科创造性搞出一个光线追踪 SDK 工具包,结合腾讯游戏为移动平台量身定做的光线追踪渲染管线,从而实现移动端光线追踪。技术上,联发科光追 SDK 基于Vulkan 光追扩展规范上扩展而来。

Vulkan 光线追踪标准是开放、跨平台、跨厂商的光追标准,联发科在其基础上与下游游戏厂家腾讯联合,为特定游戏做定制化光追提升。

显示效果上,根据联发科公布的测试视频,移动端游戏画面提升明显,光线效果沉浸感非常棒。不过,实时显示效果或许跟测试视频有些出入。考虑到联发科采用软件工具包方案,理论上光追效果比不上英伟达光追显卡。

说一千道一万,在正式体验之前,联发科光追效果难以评估。然而,联发科发布光追技术本身就是一次巨大的突破,它象征着移动端芯片厂家第一次正视光追需求。未来,高通、苹果、三星等芯片厂商或许会陆续跟进,手机游戏普及光追的时代指日可待。