《剑网3》、《战地5》、《赛博朋克2077》争相支持的光线追踪技术到底有多牛?

是什么?给万物皆可素材包的《我的世界》披上了靓丽外衣。让终于放弃了祖传引擎的《使命召唤 现代战争》再次加入到画面的军备竞赛中。

是什么?帮助《看门狗 军团》实现了初代宣传时惊艳的光影表现。为中国之星计划里作为技术担当的《重生边缘》保驾护航。

《剑网3》、《战地5》、《赛博朋克2077》争相支持的光线追踪技术到底有多牛?

是什么?让提前锁定半个2020年度最佳游戏名额的《赛博朋克2077》(剩下半个名额要问《美国末日 第二部》答不答应),欣然成为堂下门徒。

又是什么?让老树永远能盛开新花的《雷神之锤》系列,依然奋战在显卡推销员的第一线。

所谓革命性的图像技术,通常可以分成两种,一种是降临之日即旧貌换新颜,比如2D到3D,标清到高清,这是技术的屠龙宝刀在对新旧时代进行暴力分割;

另一种是对优化的精益求精,于无声处听惊雷,比如教会角色眼神“说话”的面部捕捉技术,或者本文将要谈到,让上面那些游戏大作如今趋之若鹜的——动态光线追踪。

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一、镜中花?水中月?——什么是光线追踪?

从GEFORCE RTX2080Ti这块土豪级显卡的实名认证,到下一代XBOX主机和PS5首次正式披露时的重点提及,光线追踪(Ray tracing)作为一种计算机图像技术的特殊渲染算法,已经牢牢占据了最前沿的当下和最被期待的未来,

所谓“光线追踪”,是指利用计算机算法,对从观察者眼睛发出的光线,而不是场景内原生光源发出的光线进行追踪,并对一系列光的照射、折射或反射进行解析计算,从而真实呈现画面的视觉环境生态,最终让画面呈现出更加真实细腻的光影效果。

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如果要给进入3D时代后,游戏开发者在试图还原现实中天地万物所遇到的难度由低到高做一个排名的话,大概的顺序会是光滑表面-特殊质地表面-毛发-水体-粒子特效,总之就是对象越微观,变化越无常(比如大风中的凌乱长发,炸弹炸开后的烟尘弥漫),表现起来就越困难。

假如你按照上映的时间顺序观看皮克斯早期动画电影,就会发现这条图像技术进化之路——材质单一的玩具是最早出现在观众面前的,然后才轮到长毛怪物,海底世界和活生生的超人一家。

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而在所有这些被一一克服的技术难题之上,能让观看者从物质层面接受其存在的最后一投,则在于如何还原现实中的光影效果,这也是光线追踪技术之所以会通过不断完善走到今天的客观需求。为了阐述光影对于游戏画面真实性——或者更进一步说,是对于实际表现力的重要作用,我会以下面三个游戏举例:

首先,是2004年的《毁灭战士3》。作为曾经的“显卡广告片”,该作除了基础3D建模部分尽显id software业界老字号精湛手艺外,还有一个着重提及的视觉卖点便是光影效果,玩家在阴暗的室内场景里看到的不再是两眼一抹黑的视觉重金属,而是物体对于场景内光源做出“真实”反馈后,那有层次感的阴影明暗和光线折射。

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然后,随着3D建模本身变得越发精细,玩家的注意力(更多也是在厂商的有意提醒下)开始向着追求真实光影效果转移。

以PS3的《GT赛车5》为例,为了与Xbox360上的同类游戏拉开距离(当时《极限竞速》系列还没有真正起飞),除了车辆建模不能有半点马虎以外,车身光线反射成了一项新的技术标杆,锃光瓦亮的引擎盖在斑驳的树荫下炫耀着自己丰富的视觉表现力,让各种物体蹭光发亮的“全环境反射贴图”从此深入人心。

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当软硬件继续迭代,到《战地》系列实装寒霜引擎,将爆炸与破坏变成一种视觉艺术后,光影也得到了进一步强化,室内外场景的明暗转换(尤其是场景刚刚转换的时候),建筑物和人投在地上的影子边缘,手中武器的质感等均有不同程度提升,尤其是《战地5》宣布支持光线追踪后(如下面视频所示),就连路边的小水洼也有了自己的灵魂。

光线追踪与此前光影渲染技术的根本区别,在于无论《毁灭战士3》还是《GT赛车4》,抑或现今市面上任何一款画面出色,但不支持动态光追的游戏,其光影效果的营建,都是基于一种静态的描绘,即开发者会先确定好场景内已有的光源数量和亮度,然后通过贴图等传统手法,让玩家看到提前布置好的光线明暗效果。

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光影渲染画面 VS 光线追踪画面

而光线追踪所谓的“追踪”,则是建立在硬件更强大算力的基础上,以观看者视觉接收为出发点构筑光线路径,意味着阴影也好、反射也罢、包括环境光遮蔽以及全局光照漫反射在内的所有计算都在此合而为一,将以前有限光源(简单来说就是场景中有几盏灯,它们能把场景照的多亮并随之出现多少阴影,最直观的例子就是《FIFA足球》中选择夜晚比赛时球员脚下的雪花状阴影)产生的固有光影,变成了有限光源下由上百万上千万光线通过特定算法后产生的实时动态光影,终于实现了画面渲染、画面更新与屏幕内所有的物体运动都完全吻合的“绝对”真实。

某种意义上说,光线追踪技术意味着让画面从光影效果上又往“逼真”迈进了一大步!

二、强化了光影变现,是否就是强化了真实感?

说完了技术层面的理性表达,接下来咱们再看看光线追踪能否经受住感性层面“可以,但有没有必要?”的灵魂拷问,探讨光线追踪技术会给未来的游戏画面表现带来怎样具体的改变?

通常玩家比较容易忽略的一件事情是,绝大部分图像技术在最初兴起和逐渐壮大的过程中,应用上首当其冲的服务对象通常不是电子游戏,而是电影。

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原因很简单,因为电影行业,尤其是好莱坞为代表的电影大工业,有足够的资本和市场预期来对高新图像技术进行投资和变现,而且相比游戏中玩家的实时动态操作,电影特效所服务的画面技术都是预先严格编排的,但是即便如此,很多耗资巨大的视效电影依然被指责内容空洞,画面乏味。尤其是随着CGI技术愈发普及,在好莱坞工业内部,关于实体模型特效和纯CGI特效质感与创造力之争被不断提及。

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以大家最熟悉的两部超英题材电影,《复仇者联盟4》和《蝙蝠侠 黑暗骑士》为例,抛开没有可比性的剧作和表演,单说特效,《复联4》就是光线追踪技术在电影特效上的一次经典战役,钢铁侠的战甲,雷神的锤子,灭霸无限手套上的糖果色宝石,随便一个拿出来都是色彩斑斓的光源输出,传统渲染方式难免会掺杂效果过度表达或者不够震撼的问题,于是才需要借助光线追踪技术的真实观感去弥补了影片本身的漫画感。

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而《黑暗骑士》作为实景模型和真实布景在这个时代的杰出代表,包括隧道追车,医院爆炸两场戏在内,让观众甚至忘记了影片的“漫改”属性,那个需要炸毁一座真实大楼的医院爆炸戏因为只能拍摄一次(总不能没演好重新盖楼吧),又没有人知道爆炸将产生多大威力,因此希斯·莱杰那个回眸的动作细节才更显珍贵。

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回到游戏上来,光线追踪被炒热之前,也就是我们当下主流的4K HDR(指拥有4k分辨率同时采用的是HDR渲染技术的屏幕),其实并没有掀起太大波澜(当然高端4KHDR电视的价格着实还有点吓人),说白了就是没有击中玩家需求的痛点。这种情况下,光线追踪虽然得到了越来越多厂商的支持,但其能否改变并向着更好的方向去丰富游戏的创作内容,强化玩家个人体验,我对此并不乐观。

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游戏历史上每一个划时代技术的真正确立,都必然要伴随一群新形态游戏的应运而生,即便是一些看起来并非开创性的技术,比如家用机的多人联机,或者NDS的触摸屏,都需要有针对性技术的游戏做出诠释。

光追和4KHDR的相同之处在于,别管你是不是开了写轮眼才看出光追应用与否的区别,起码就目前而言,光追没有带给游戏开发者真正意义上的新工具,而只是在已有的画面光影上做得更细致,以至于被一些玩家调侃为“光追全在水坑里”,“让暗处更明亮难道不是对比度调节吗?”就是因为玩法层面上,没有出现2D到3D那样的类型大爆发,或者3D图像引擎升级时,画面表现力上实打实的加强。

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三、光线追踪将会带给业界的现实影响

如今看来,光线追踪即便无法像NVIDIA(该公司拥有光线追踪的核心技术以及行业顶尖人才,再聪明的人,屁股也要决定脑袋,这从某种程度上也解释了为何N场会把该技术和旗舰产品做深度绑定式宣传)反复强调的那般屌炸天,但成为下一个时代大多数游戏产品的标配,应该是没跑了。

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供给决定需求,我们不妨来看看对于硬件厂商,游戏开发商和玩家来说,光线追踪的普及或者当前这种普及的趋势将意味着什么。

对于硬件厂商来说,性能的军备竞赛依然是不变的戏码(任天堂:军什么备?竞什么赛?),因此目前走在技术前沿的光线追踪,也就理所当然成为明年即将发售的次世代主机的标配技术,N厂兜售自家显卡的一大卖点。尤其在硬件迭代初期,又会涌现一大批跨世代(如之前的《GTA5》,之后的《赛博朋克2077》)、复刻或者重制版游戏,在内容创新暂时匮乏时,如果能依靠硬件加持部分实现光线追踪,从而给游戏带来的效果提升的话,起码也可以让玩家在充值时多一个说服自己的理由。

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游戏开发商方面,曾经开发中的《FF15》就是一个典型的例子,该作开始立项时为了展现自身卓越先进性,SE旗下的夜光工作室特意在自研引擎中加入了当时极为先进的光线追踪技术,但随之带来了巨大的工作量叠加,整个游戏项目也被严重拖累,前途蒙上了一层厚厚阴影。

后来市售的完成版,已经是更换虚幻引擎后的“另一部”作品了。如今,高昂的开发费用已经让越来越多3A大作为了实现盈利变得面目全飞,如果不能有效控制使用光线追踪技术的成本而去盲目追高,只会继续增大3A游戏的开发风险。而3A游戏与非3A游戏在视觉表现力方面的差距也将越拉越大,后者必须想办法找到更多元的表达形式,才能避开迎面而来的又一轮“画面”工业革命。

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最后,玩家方面就比较纠结了,俗话说“自古没有花钱的不是”,新主机新显卡肯定会从物质上提升你的游戏体验。但另一方面,这钱花的值不值要另当别论,尤其对于那些进两三年来没有升级过设备的玩家来说,满足光线追踪的单品硬件只是一个开始,为了达到其整体环境要求,在主机之外,配套的4KHDR显示设备同样也是一笔不菲的开销,估计在《GTA6》这个级别的超级3A大作明确公布之前,大部分玩家还是会选择按兵不动,总之就是走自己的路,让别人的硬件跑分去吧。

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那么问题来了,你会为了让体验光追效果去升级硬件吗?欢迎在下方的评论区留言。

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