NVIDIA RTX性能爆棚卻沒游戲 光線追蹤游戲到底何時普及
最近NVIDA RTX系列顯卡的發(fā)布可謂是給沉寂已久的顯卡市場掀起了新的波瀾。RTX系列顯卡再次刷新了游戲顯卡的性能上限，玩家們紛紛高呼老黃又帶來了新核彈。
而這枚核彈最大的威力，并不在于傳統(tǒng)游戲性能的提升上，而在于帶來了全新的光線追蹤加速技術。
無論是從技術原理的角度來看，還是在某些演示中來看，光線追蹤的確給游戲畫面能帶來質的提升，游戲畫面擬真度一定程度上媲美電影，似乎已經(jīng)不是遙不可及的夢。
如果你對游戲的相關圖形技術有所了解，應該會知道游戲畫質已經(jīng)很久沒有實質上的提高了。
PS3/Xbox360時代開始出現(xiàn)的法線貼圖、環(huán)境光遮蔽、動態(tài)光照、體積光等，當今依然是提升游戲畫質的法寶。
時至今日，游戲的建模越來越精細，貼圖越來越高清，但觀感上始終和電影特效有著天塹般的落差。而RTX顯卡的出現(xiàn)，讓游戲畫面再度進化成為了可能。
那么問題來了，顯卡已經(jīng)開始支持光線追蹤加速，次時代的游戲畫面何時才會走進千萬家？使用光線追蹤技術的游戲，明年能夠大面積普及嗎？今天就來談談相關的話題吧。
游戲畫面已經(jīng)多年止步不前？
在談論光線追蹤技術普及之前，我們先來了解一下當前游戲相關的圖形技術，說說為什么光線追蹤能給游戲畫面帶來本質上的提升。
目前的游戲讓3D圖形呈現(xiàn)在玩家面前，所使用的技術叫“光柵化”。光柵化是一個比較抽象的概念，大家可以簡單理解為3D圖形的2D化，將3D模型拍扁了，就變成2D了——我們在顯示器看到的畫面是2D的嘛。
游戲進行3D建模（矢量圖形）后，將模型投射到屏幕的2D像素點上（光柵化），3D矢量圖變成了2D的位圖，這就是大家在顯示器看到的畫面。
在這個過程當中，矢量圖形變?yōu)闁鸥裎粓D，位圖大小以像素點數(shù)量來衡量，因此分辨率越高、處理越復雜（例如抗鋸齒）對顯卡光柵單元ROPs要求越高。因此大家可以觀察到，ROPs比較少的顯卡，在高分辨率和高倍抗鋸齒下跑游戲，性能不盡如人意。
要讓游戲畫面變得逼真，除了建模精準以外，還需要明暗/顏色精準，不然畫面就只是白花花的一片剪影，誰也看不出那到底是啥。
而游戲畫面的著色，是在Raster Operations也就是光柵操作過程當中完成的。
在光柵化的過程當中，會為2D圖像的像素分配額外的信息，例如深度、顏色等等，接著顯卡再根據(jù)這些信息給像素進行渲染上色，最后我們就可以看到立體的圖像了。
一個簡單的渲染流程示意圖：確定3D頂點→3D建模→光柵化→像素著色→2D圖像
換言之，游戲畫面的光柵化渲染著色，大致相當于是以3D建模為依據(jù)，描繪出了2D的線稿（形狀），然后再根據(jù)各種信息往稿子里面填色。
基于這個原理，很難做出非常擬真的光影效果。目前大家在游戲當中看到的光影效果，往往是利用光照貼圖（Lightmap）來模擬的。
舉一個很簡單的過程作為例子，例如某片像素的深度信息告訴電腦，這里能不能被光線照到，然后電腦就決定為這片像素貼上半透明的黑色/白色的光影貼圖，模擬出陰影/亮面，就形成了簡單的光影效果。
很多情況下，游戲中的光照貼圖是預先烘焙好的，也就是說光影并不是實時計算出來的。盡管很多游戲帶有燈照、火光乃至天氣之類的系統(tǒng)，光影會產(chǎn)生變化，但這依然只是預先渲染好的光照貼圖，只是根據(jù)不同的情況貼不同的圖而已。
例如近幾年流行的環(huán)境光遮蔽，實際使用的往往是帶有指向性的光照貼圖；而體積光，則可以簡單看做是帶半透明模糊處理過的貼片；而物體表面凹凸不平造成的高光和陰影，實則是法線貼圖模擬的。
這些手段都可以提升畫質，但從原理來看也只是花式貼圖而已。基于此，游戲畫質已經(jīng)很久沒有出現(xiàn)質的突破了。
光線追蹤能給游戲畫質帶來質的提升？
用貼圖來模擬光影，這讓游戲畫面的光影效果有很大的局限。例如，我們知道在不同角度看一個物體，它的光影很有可能不一樣，典型的例子就是鏡面/水面反射。
但由于目前游戲的光影不是即時計算的，因此很難做出完美的模擬——想必大家也沒在游戲中見過打碎一塊鏡子，玻璃碎片還都能繼續(xù)當鏡子用的情況；而現(xiàn)在很多游戲雖然做出了水面倒影，但在某些角度倒影會消失不見，這些案例就是這個道理了。
再例如，目前的光照貼圖對漫反射的模擬也并不出彩。如果大家有接觸繪畫，應該知道寫實繪畫不僅需要考慮物體的固有色，還要考慮光源色和環(huán)境色，其實這就是漫反射的處理，處理好了漫反射的畫才足夠寫實、生動。
但由于游戲的光影效果是貼圖，因此很難對物體之間光線漫反射造成的顏色變化，進行非常精確的模擬。盡管可以通過一些像素處理技術，來模擬像素之間的顏色影響，但效果依然有限。
這幾年來游戲畫面越來越精細，但大家始終覺得游戲畫面和現(xiàn)實相比，仍顯得生硬，這是由于貼圖始終無法完美模擬各種光線反射。
游戲畫面的擬真，顯而易見已經(jīng)遇到了瓶頸——現(xiàn)在的游戲畫面對比的《孤島危機》，有質變的提升么？
《孤島危機》誕生于2007年，用《孤島危機》對比它五年前也就是2002年的游戲，再用現(xiàn)在的游戲對比距離現(xiàn)在十多年前《孤島危機》，不能難發(fā)現(xiàn)最近十幾年游戲畫質提升之小，是遠慢于之前的。而光線追蹤技術，則是畫質瓶頸的破局之道。
2007年的《孤島危機》畫面，現(xiàn)在的游戲對比這十年前的游戲，畫質并沒有質的突破
顧名思義，光線追蹤技術能夠追蹤光線的生成、反射、遮蔽、消失，繼而實時生成光影。
這次，光影終于不只是用貼圖貼出來的了，而是真正去模擬一束光，在場景中到底能產(chǎn)生怎樣的色調(diào)、明暗。
這樣得來的光影效果，肯定比預先制作的光影貼圖來得更加可信，畢竟你無法為無數(shù)種光照情況都準備相應的貼圖或者貼圖的變化。從原理上來看，光線追蹤技術無疑能為游戲帶來更高的畫質上限。
在發(fā)布RTX系列顯卡的時候，NV已經(jīng)放出了光線追蹤的演示，效果大家也有目共睹。
開啟了RTX光線追蹤后，車門能給實時映射出火光，而水面也能隨時隨刻映射出倒影。而關閉了光線追蹤后，車門的火光水面的倒影皆消失殆盡，一切都變得平淡起來。
光線追蹤游戲到底何時普及？
盡管RTX光線追蹤的演示很精彩，但很多朋友看了卻并不高興——這只是一個演示，目前市面上仍未出現(xiàn)使用光線追蹤技術的游戲。
看著大餅，湊近才知道這餅畫在紙上，看著香也看著餓。RTX顯卡已經(jīng)正式發(fā)售，以現(xiàn)在的情況來看，今年涌現(xiàn)大量的光線追蹤游戲是沒什么指望的了。那么問題來了，游戲能夠在近期，例如明年普及光線追蹤技術嗎？
很遺憾，或許情況并不是那么樂觀。雖然PC在近十幾年引領著游戲圖形技術發(fā)展，但真正讓某種圖形技術走進千家萬戶，還得靠PlayStation、Xbox等游戲主機，這是市場所決定的。
PC游戲的銷量一直遠小于主機游戲，盡管PC游戲會使用比主機游戲更先進的圖形技術，但這些先進的圖形技術如果一直沒有在主機游戲當中出現(xiàn)，以市場的角度來看它們都仍會是非主流。
在全球范圍當中，主機游戲的銷量要比PC游戲多得多，例如根據(jù)VGChartz的統(tǒng)計，《戰(zhàn)地4》PC版的銷量僅有主機板（PS3/4+Xbox 360/One）的十分之一。
對于大部分的游戲廠商來說，只有在主機平臺發(fā)售游戲才是生財之道。此情此景下，游戲主機成為了大部分游戲的性能基準，直接影響這個時代的游戲會采用何種圖形技術。
游戲廠商何必為了銷量較少的PC平臺，使用成本高、未成熟的先進圖形技術？這徒增成本和風險。
如果游戲廠商就是頭鐵，就是要不顧主機平臺，而在PC平臺堆砌圖形技術，會有怎樣的下場？《孤島危機》可謂是前車之鑒。
《孤島危機》初代是PC平臺獨占，使用了大量先進的圖形技術，打造出了驚為天人的畫質標桿。與之相比，當時PS3、Xbox360上的游戲畫質簡直如同古董。
然而這樣的作品，銷量僅有七十多萬，本都回不了。于是隨后的《孤島危機2》還是劈腿到游戲機平臺了，總銷量一下子漲到了三百四十萬左右，比1代多了四倍。
但是，為了兼顧主機，《孤島危機2》的畫質對比1代有所下降，這就是主機對游戲圖形技術的影響力所在。
換言之，在主機尚未能支持光線追蹤之前，除了有資本玩票的大廠，恐怕大多數(shù)游戲依然不會深度應用這一圖形技術。
而值得一提的是，目前階段的光線追蹤游戲，實際上并不是全局使用光線追蹤的。由于性能等方面的限制，光柵化仍必不可少，RTX顯卡只能提供混合渲染。
如此一來，美工就顯得相當關鍵。同樣的圖形技術，不同的美工打磨效果會截然不同。例如同樣使用環(huán)境光遮蔽，《神秘海域4》的畫面氛圍就比普通3A大作高出一個檔次。
在什么地方使用光線追蹤才會有最好的效果？對于一個新應用于游戲的圖形技術，這是一個值得深究的課題。
這些嘗鮮的光線追蹤游戲，會不會靜下心來打磨美工，以讓局部的光線追蹤發(fā)揮出應有的潛能？如果廠商對于光線追蹤的態(tài)度只是賣噱頭，恐怕最終成品并不如人意。
另外，雖然微軟已經(jīng)公布了DXR API，在DX12當中支持了光線追蹤，但仍未制定相應的硬件規(guī)范。
盡管Xbox主機也使用DX API，但其使用的AMD圖形芯片并不支持光線追蹤加速，如果主機游戲在現(xiàn)階段使用光線加速，效率非常不理想。
目前只有NV的RTX顯卡能提供硬件層面的光線追蹤加速，而眾所周知NV在主機市場并沒有太大的影響力。
因此，光線追蹤游戲何時能夠普及，恐怕主要得看AMD何時跟進，并推出并能在主機平臺上廣泛應用的光線追蹤加速方案。
總結
毫無疑問，對于游戲而言光線追蹤是革命性的圖形技術。但一種圖形技術在何時普及，不僅需要硬件廠商自身的研發(fā)，也要考慮歷史的進程。希望業(yè)界能夠迅速跟進光線追蹤技術，讓游戲畫質跨入新時代吧！
