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2018-10-13 00:15 出处:PConline原创 作者:Aimo 责任编辑:censi
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  【PConline 杂谈】最近NVIDA RTX系列显卡的发布可谓是给沉寂已久的显卡市场掀起了新的波澜。RTX系列显卡再次刷新了游戏显卡的性能上限,玩家们纷纷高呼老黄又带来了新核弹。而这枚核弹最大的威力,并不在于传统游戏性能的提升上,而在于带来了全新的光线追踪加速技术。无论是从技术原理的角度来看,还是在某些演示中来看,光线追踪的确给游戏画面能带来质的提升,游戏画面拟真度一定程度上媲美电影,似乎已经不是遥不可及的梦。


NV RTX显卡带来了光线追踪加速技术

  如果你对游戏的相关图形技术有所了解,应该会知道游戏画质已经很久没有实质上的提高了。PS3/Xbox360时代开始出现的法线贴图、环境光遮蔽、动态光照、体积光等,当今依然是提升游戏画质的法宝。时至今日,游戏的建模越来越精细,贴图越来越高清,但观感上始终和电影特效有着天堑般的落差。而RTX显卡的出现,让游戏画面再度进化成为了可能。那么问题来了,显卡已经开始支持光线追踪加速,次时代的游戏画面何时才会走进千万家?使用光线追踪技术的游戏,明年能够大面积普及吗?今天就来谈谈相关的话题吧。


NV放出的使用大量光线追踪技术的《星战》Demo,实时渲染画质接近电影级,然而这并不是游戏

  游戏画面已经多年止步不前?

  在谈论光线追踪技术普及之前,我们先来了解一下当前游戏相关的图形技术,说说为什么光线追踪能给游戏画面带来本质上的提升。

  目前的游戏让3D图形呈现在玩家面前,所使用的技术叫“光栅化”。光栅化是一个比较抽象的概念,大家可以简单理解为3D图形的2D化,将3D模型拍扁了,就变成2D了——我们在显示器看到的画面是2D的嘛。游戏进行3D建模(矢量图形)后,将模型投射到屏幕的2D像素点上(光栅化),3D矢量图变成了2D的位图,这就是大家在显示器看到的画面。


光栅化的简单示意图,将3D空间的矢量图形投射到平面上,成为2D栅格位图

  在这个过程当中,矢量图形变为栅格位图,位图大小以像素点数量来衡量,因此分辨率越高、处理越复杂(例如抗锯齿)对显卡光栅单元ROPs要求越高。因此大家可以观察到,ROPs比较少的显卡,在高分辨率和高倍抗锯齿下跑游戏,性能不尽如人意。

  要让游戏画面变得逼真,除了建模精准以外,还需要明暗/颜色精准,不然画面就只是白花花的一片剪影,谁也看不出那到底是啥。而游戏画面的着色,是在Raster Operations也就是光栅操作过程当中完成的。在光栅化的过程当中,会为2D图像的像素分配额外的信息,例如深度、颜色等等,接着显卡再根据这些信息给像素进行渲染上色,最后我们就可以看到立体的图像了。


一个简单的渲染流程示意图:确定3D顶点→3D建模→光栅化→像素着色→2D图像

  换言之,游戏画面的光栅化渲染着色,大致相当于是以3D建模为依据,描绘出了2D的线稿(形状),然后再根据各种信息往稿子里面填色。基于这个原理,很难做出非常拟真的光影效果。目前大家在游戏当中看到的光影效果,往往是利用光照贴图(Lightmap)来模拟的。举一个很简单的过程作为例子,例如某片像素的深度信息告诉电脑,这里能不能被光线照到,然后电脑就决定为这片像素贴上半透明的黑色/白色的光影贴图,模拟出阴影/亮面,就形成了简单的光影效果。


游戏画面之所以有立体感,光照贴图居功至伟,但这并不能获得完美的效果

  很多情况下,游戏中的光照贴图是预先烘焙好的,也就是说光影并不是实时计算出来的。尽管很多游戏带有灯照、火光乃至天气之类的系统,光影会产生变化,但这依然只是预先渲染好的光照贴图,只是根据不同的情况贴不同的图而已。

  例如近几年流行的环境光遮蔽,实际使用的往往是带有指向性的光照贴图;而体积光,则可以简单看做是带半透明模糊处理过的贴片;而物体表面凹凸不平造成的高光和阴影,实则是法线贴图模拟的。这些手段都可以提升画质,但从原理来看也只是花式贴图而已。基于此,游戏画质已经很久没有出现质的突破了。

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