RTX光线追踪游戏到底何时普及？

导语：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

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  光线追踪能给游戏画质带来质的提升?

  用贴图来模拟光影，这让游戏画面的光影效果有很大的局限。例如，我们知道在不同角度看一个物体，它的光影很有可能不一样，典型的例子就是镜面/水面反射。

  但由于目前游戏的光影不是即时计算的，因此很难做出完美的模拟——想必大家也没在游戏中见过打碎一块镜子，玻璃碎片还都能继续当镜子用的情况;而现在很多游戏虽然做出了水面倒影，但在某些角度倒影会消失不见，这些案例就是这个道理了。

  再例如，目前的光照贴图对漫反射的模拟也并不出彩。如果大家有接触绘画，应该知道写实绘画不仅需要考虑物体的固有色，还要考虑光源色和环境色，其实这就是漫反射的处理，处理好了漫反射的画才足够写实、生动。

  但由于游戏的光影效果是贴图，因此很难对物体之间光线漫反射造成的颜色变化，进行非常精确的模拟。尽管可以通过一些像素处理技术，来模拟像素之间的颜色影响，但效果依然有限。

  这几年来游戏画面越来越精细，但大家始终觉得游戏画面和现实相比，仍显得生硬，这是由于贴图始终无法完美模拟各种光线反射。

  游戏画面的拟真，显而易见已经遇到了瓶颈——现在的游戏画面对比的《孤岛危机》，有质变的提升么?

（编辑：D游戏网）

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