搭载「光线追踪」技术的次时代主机会有怎样的画面表现？

作者：西川善司 Fami通 2019-09-25

根据目前已知的情报，次时代的 PS 和 Xbox 主机（下文统称为次时代主机）都将搭载「实时光线追踪」技术。相信已经有不少文章对于光线追踪这项技术进行了说明和介绍，然而其中鲜有提及其会给次时代家用主机的画面表现带来怎样的影响，本文将以此为核心，讲讲光线追踪技术将会给家用主机带来的变化。

为什么需要光线追踪？

首先不得不说的是，尽管搭载了实时光线追踪技术，但并不代表着游戏画面中的所有要素都将以光线追踪的形式进行呈现。从初代 PS 主机就开始使用的「栅格化（Rasterise）渲染」，在次时代主机中依旧还会沿用。那么到底哪些场景会运用光线追踪技术来呈现呢？那就是当使用现有的栅格化渲染的图像出现「呈现出不真实感」或是「在恶劣条件下，品质明显下降」的情况时。

其中一个关键点就是「镜像」的细节。试想在一个激烈的赛车比赛现场，明明车体上能够映射出周围的天空、云彩和美丽的环境，但却没法呈现出对手车体的倒影，玩家明显会产生不自然的感觉。


另一个难点就是影子。使用栅格化渲染，影子很难能够表现物体的细节，脚和地面连接处的影子也会有错位现象。同时在表现远距离投射下来的长影时，会有明显的锯齿感。

物体不仅仅要接受直接光源的照射，还要表现出受到其他物体的反射光，也就是「间接光源」所照射的效果，实现类似效果的技术其实也是从 PS3 时代的中期才开始渐渐普及的。「掀开窗帘后，阳光照射进屋内，昏暗的小屋一下明亮起来……」这样在现实中理所应当的场景，在 CG 的制作中其实是很难攻克的话题。

图像在这些方面的表现难度，哪怕是目前最新的 GPU，也没法直接处理光线的照射效果，必须得舍弃画面外的情报来进行运算。因为说到底，栅格化渲染技术是基于计算画面中每个像素的色彩来渲染图像的，无法准确判断和计算 3D 空间内存在的第三者带来的影响。而最初栅格化渲染技术就是特地省略了这部分高负荷的内容来实现高速的计算效果，以此为基础的 GPU 技术，也从 1990 年代开始不断地进化。

说了这么多，光线追踪技术其实就是克服了上文中提到的传统渲染手段的弱点，具有「采集画面外情报并进行计算」的能力，解决了如何在计算像素色彩的同时，兼顾第三者影响的难题。



次时代主机的画面究竟是什么感觉？

先前的情报已经确认，次时代的主机将会搭载由 AMD 生产的 GPU。而竞争对手英伟达则领先一步，在 2018 年夏天就已经将搭载了光线追踪技术的 RTX 系列 GPU 投入了消费者市场。按照目前的推算，次时代主机的光线追踪性能应该会与 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线追踪技术的游戏，在使用 RTX 系 GPU 的 PC 上的画面效果应该会和未来的主机画面效果十分接近。



「光线」就像是宇宙探测器

光线追踪（ray tracing）中的「ray」尽管被翻译为「光线」，但实际上更接近于由像素点向整个 3D 空间发出的宇宙探测器。而光线追踪技术会将这些探测器一一回收，并根据其中的情报来计算该像素应该呈现的色彩。从每个像素发出的探测器越多，就能够更准确地再现出这个「浩瀚的宇宙」也就是游戏内的 3D 世界。

比如说现在有 10 个光源，每个光源都会生成对应的阴影。那么各个像素点就得向每个光源都发射光线，来确认是否有遮蔽物之类的情报。如果只向其中 4 个光源发射的话，剩下的 6 个光源就不会形成阴影。

那么以目前搭载了实时光线追踪技术的 GPU 性能，在 1080P 分辨率下呈现 60 帧的画面时，每一个像素大概能发出多少光线呢？因为目前次时代主机所使用的 GPU 型号尚未公开，所以我们只能以英伟达最新发售的 GPU 的相关数据来作为参考。


虽然看上去能射出不少数量的光线，但考虑到处理每束光线的情报带来的负荷，实际能够使用到的数量会更少。对于必须得控制售价的家用主机来说，比起英伟达的 GPU，性能恐怕也不会有很大提升。

从「光线追踪」到「路径追踪」（path tracing）

目前的 GPU 已经搭载了光线追踪技术，而今后随着技术的进步，相信「每秒射出的光线数」也会有进一步地增长。伴随性能提升的同时，利用光线追踪来呈现的场景也会越来越多，图形技术可能会迈入到一个全新的阶段。

注：路径追踪：理论上是指由各像素向全方位的空间发射无限数量的光线，再对其进行光线追踪渲染，可以说是光线追踪的高级概念。因为在现实中不可能射出无限条光线，所以目前实际表现为向随机方向发射上百条光线的形式。在今年的 CG 国际会议上，英伟达的工程师曾提出了「游戏图形画面将在2035 年实现对路径追踪的支持」的预测。

而次时代主机也将会参与进这次游戏画面的技术革新之中，相信大家都和我一样非常期待它们的正式亮相。


编译：Bluestoon
来源：Fami通

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