時(shí)隔兩年，連RTX 3080都已經(jīng)出來見客了，

但還有很多小白對(duì)啥是光線追蹤（簡(jiǎn)稱光追）還是一臉蒙逼，

雖然網(wǎng)上有大量對(duì)光追技術(shù)的科普文章視頻，但都只是把技術(shù)原理復(fù)讀一遍。

也不管你聽不聽得懂，而事實(shí)上大部分朋友也真是沒聽懂。

所以磐鐳君就不復(fù)讀光追原理了，從游戲?qū)嶋H體驗(yàn)角度給大家科普下光追技術(shù)。

一光追實(shí)際效果

盡管不復(fù)讀，但還是得先建立一點(diǎn)簡(jiǎn)單概念。

在光追出現(xiàn)之前，所有游戲都使用“光柵化”技術(shù)來模擬光影 。

對(duì)這個(gè)“光柵化”也不要太糾結(jié)，反正只要知道，

所有能看到的和光有關(guān)的效果，如太陽光、點(diǎn)光、反射、陰影等，

都是刻意做出來的，而不是經(jīng)過運(yùn)算的，只有光線追蹤，才能真正動(dòng)態(tài)運(yùn)算光線。

這個(gè)光聽不好理解，但不要緊，咱們先記住這個(gè)概念，然后再來舉例說明，

RTX首發(fā)支持的游戲如《古墓麗影 暗影》《戰(zhàn)地5》等對(duì)光追的應(yīng)用其實(shí)很少，

只是在游戲完成后，象征性的加入點(diǎn)光追效果，

簡(jiǎn)單來說就是刪掉了一些光源，換成光追運(yùn)算的光源。

這相當(dāng)于把直發(fā)燙卷了再拉直一樣，并沒有太大意義。

畢竟游戲還是在沒有光追的前提下開發(fā)的，臨時(shí)加的光追，自然體現(xiàn)不出來，

而之后的游戲《地鐵離鄉(xiāng)》就有更多時(shí)間去運(yùn)用光追，

因此它的光追效果就明顯了很多。

開了光追后，確實(shí)比沒有光追更有層次，但也僅限于光線的細(xì)膩程度而已，

這種細(xì)膩程度，其實(shí)只要技術(shù)過硬，光柵化技術(shù)一樣能做出來，

看看《荒野大鏢客2》就是沒有光追勝似光追。

所以《地鐵離鄉(xiāng)》還不能體現(xiàn)光追的特點(diǎn)，直到Remedy的《控制》PC版，

我們才能看到光追發(fā)揮一定的效果，《控制》可是一個(gè)非常吃氣氛的游戲。

在游戲里打開光追，當(dāng)玩家從明亮的走廊走進(jìn)黑暗的房間，

而房間對(duì)面是一面透明玻璃，玩家會(huì)突然看到玻璃上面自己若隱若現(xiàn)的反射。

這一瞬間，玩家可能會(huì)被自己的反射嚇到，以為對(duì)面站著一個(gè)人。

可能小伙伴們現(xiàn)實(shí)中也有這種經(jīng)歷，在不是很熟悉的環(huán)境，

比如酒店房間，或者好基友的家里，

晚上抹黑上廁所，會(huì)突然被鏡子里自己的反射給嚇到，

而《控制》場(chǎng)景里隨處可見的玻璃，經(jīng)常能在探索和戰(zhàn)斗中，突然被自己的反射給嚇到，

雖不是游戲必要的效果，但對(duì)游戲渲染詭異的氣氛有極大幫助。

所以開了光追的PC版本，在體驗(yàn)上會(huì)多出一個(gè)維度，能帶來更豐富更深層的體驗(yàn)。

二光柵化能否實(shí)現(xiàn)光追反射效果

當(dāng)然是能的，但光追技術(shù)有三個(gè)光柵化技術(shù)做不到的優(yōu)勢(shì)，

第一優(yōu)勢(shì)是運(yùn)行效率

因?yàn)楣鈻呕尸F(xiàn)的反射效果都是刻意設(shè)計(jì)的，如果玩家在鏡子里看到自己

比如《馬克思佩恩3》里佩恩給自己做美發(fā)，

其實(shí)看到的是兩套一樣的完整場(chǎng)景和角色模型，

重復(fù)的動(dòng)作用兩個(gè)攝像機(jī)渲染了兩次，

這在洗手間這種小場(chǎng)景里并沒有太大問題。

但如果整個(gè)游戲所有場(chǎng)景都有這樣的反射鏡，

那顯卡全程都要渲染兩個(gè)場(chǎng)景，兩倍的角色，

等于顯卡的性能一開始就要打個(gè)對(duì)折，1080顯卡直接變960，

如果有多面不同角度的反射鏡，那運(yùn)算還要乘以幾倍，那真的是得不償失的。

所以現(xiàn)在我們看到的游戲里有鏡子的場(chǎng)景，基本都在即時(shí)演算動(dòng)畫里，

或者在小小的洗手間里，真正大量運(yùn)用鏡子的游戲基本沒有。

而使用了光追后，這個(gè)效果就比光柵化節(jié)省很多，當(dāng)然還是要消耗一定的運(yùn)算資源，

但這個(gè)資源是固定的，不會(huì)直接用場(chǎng)景乘以二兩開花，

開發(fā)組只要設(shè)定光追的范圍、精度等等，就能很好控制整個(gè)游戲所有反射所消耗的運(yùn)算量，

甚至多個(gè)鏡子時(shí)，運(yùn)算量也可以得到控制。

那只要可控就可以實(shí)際運(yùn)用了，所以游戲里全程隨時(shí)可以看到場(chǎng)景和角色的反射，

PC版《控制》是游戲史上第一個(gè)，就是得益于光追的威力。

第二個(gè)優(yōu)勢(shì)就是光柵化無法動(dòng)態(tài)計(jì)算反射強(qiáng)度和角度

1.反射強(qiáng)度，就是根據(jù)透明玻璃兩邊的明暗差來計(jì)算反射率

我們知道，當(dāng)你大白天偷看汽車內(nèi)部的時(shí)候，看看這個(gè)汽車為什么會(huì)有自己搖晃呢？

往往需要用手擋住眼睛旁邊多余的光線，不然就看不清楚里面，會(huì)被反射疊加影響視線，

這就是因?yàn)橥该鞑Ａ?，必須在兩邊明暗差不多的情況下，才會(huì)顯得透明。

2.反射角度，是根據(jù)透明玻璃兩邊的明暗差來計(jì)算反射率。

同樣是透明玻璃，兩邊光線明暗相同，這時(shí)候如果垂直于玻璃看，

因?yàn)榇蟛糠止饩€直接穿透過去，你是很難看見玻璃反射出自己和身后的場(chǎng)景的，

但如果貼著玻璃從側(cè)面看過去，因?yàn)椴ＡШ穸鹊寞B加，透光率降低，反射率提高，

你就能明顯看到反射的場(chǎng)景，所以那些一腦門毫不猶豫往玻璃上撞的人，

一定都是垂直沖向玻璃門的，但凡有一點(diǎn)角度都能看清反射，

所以各位以后去外面過門的時(shí)候，最好從側(cè)面靠近。

這就是兩個(gè)動(dòng)態(tài)技術(shù)。而這兩個(gè)動(dòng)態(tài)技術(shù)就是光柵化所做不到的。

第三個(gè)優(yōu)勢(shì)真正動(dòng)態(tài)的反射場(chǎng)景所有物體

以上說的是清晰可見的玻璃反射，還有一種是金屬或水面上的模糊反射，

雖然這個(gè)效果光柵化還處理得比較好，但它畢竟不是真實(shí)反射，

像《全境封鎖》中的地面雖然能反射霓虹，但卻不反射敵人的槍火，

還有賽車游戲能反射地面和天空，卻不能反射經(jīng)過的對(duì)手。

而只有運(yùn)用光追才能真正動(dòng)態(tài)的反射場(chǎng)景所有物體，

這就是很多人沒看懂的英偉達(dá)在《戰(zhàn)地5》里的技術(shù)展示。

當(dāng)爆炸的火焰噴射，旁邊的車身上是可以看到點(diǎn)火的扭曲影像。

雖然實(shí)際上《戰(zhàn)地5》里并沒有很好的發(fā)揮出來，但是不難想象，

在未來光線追蹤技術(shù)大面積應(yīng)用到游戲里，一些高手是可以根據(jù)反射的光影提前判斷敵情的。

三光追的未來更寬廣

實(shí)際上除了反射，還有折射、漫射、散射等其他運(yùn)用，都可以用光追來做出更好的效果。

雖然光柵化技術(shù)也能模擬出來，但需要高超的技術(shù)和犧牲大量的運(yùn)算。

但未來，隨著光追技術(shù)的普及，光線會(huì)變得和法線、置換這些基礎(chǔ)技術(shù)一樣必須支持，

那廠商就可以不用顧慮沒有光追的顯卡，直接以默認(rèn)有光追的狀態(tài)去開發(fā)游戲，

而且如果整個(gè)游戲都是光追技術(shù)來照明，那運(yùn)算量反而是非?？煽氐?，更節(jié)省資源的，

因?yàn)槎喾N效果一次性打包計(jì)算就能給出多個(gè)結(jié)果，整個(gè)游戲界的畫面水平也會(huì)同時(shí)提高。

這樣的話，廠商就有更多時(shí)間去打磨游戲在玩法上的樂趣。

因此光追不是一個(gè)單一的新技術(shù)，它是游戲在光線計(jì)算方面的打包解決方案，

就像現(xiàn)在的商用引擎一樣，很多團(tuán)隊(duì)不需要再費(fèi)心去開發(fā)引擎，

未來很多團(tuán)隊(duì)也可以減少更多在光影上的技術(shù)開發(fā)，

這是一個(gè)現(xiàn)在看上去并不明顯的技術(shù)，但它能釋放更多性能和成本。

在未來，它將大大提高游戲的深度和維度。

編稿：做顯卡有技術(shù)

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