把游戏变成现实，光线追踪技术到底有多神？
上周末，《我的世界》游戏展示了一段新的演示视频，重点在于加入了对光线追踪技术的支持。
不同于我们以往看到的像素画面，在这段视频中，你会看到一个真实，且富有层次感的光影世界。光线穿过小孔，在室内墙壁打出一道柔和的光晕，桔红色炉火吞吐闪耀着四周的墙壁，阳光直射下水面波光粼粼……这些高度拟真的光线效果虽然在自然界里理所当然，但在游戏世界之前却未曾如此真实过。
▲《我的世界》光线追踪演示
「在之前的游戏里，你看到一块发光的金子，它就是亮黄色的；但现在，你可能会在金子表面看到反射后的人物的影子。」《我的世界》创意总监 Saxs Persson 这样介绍道。
擅长技术分析的专业媒体 Digital Foundry 表示，这是他们迄今为止印象最为深刻的光线追踪演示，因为《我的世界》游戏本身的建模并不复杂，反而能让我们能更直观地感受到动态光线与四周环境产生的交互作用。
打造一个真实的游戏世界是人类不断追求的目标，我们以前曾讨论过「现有人机交互局限了玩家在虚拟世界中做出选择」的问题，与之相对的，历经数十年演变的游戏画面，到这个世代似乎已经走到了极限。
毕竟，我们从 2D 进展到 3D，从 480P 标清走进 4K 乃至 8K 超高清，当初满屏的马赛克早已精确到了在人脸建模上能数得清毛孔和发丝，原本生硬的躯干动作也基于动捕系统的流畅映射而几可乱真。
但这幅拼图其实还缺少了一部分，那就是光线。
▲左边为光栅化的原理，右边则是光线追踪的路径
过去，人们一直都是靠「光栅化」技术来渲染物体。好比将我们的电脑屏幕当做一个摄像机镜头，而「光栅化」技术就是将游戏中的 3D 场景和光影转化为 2D 平面上的像素点，而你所看到的反射、阴影等效果，实则是靠后期加工或是其它预渲染技术模拟出来的，效果很生硬不说，也并不完全符合现实世界中真实光线的运作规律。
而光线追踪，顾名思义，就是让我们获得追踪光线路径的能力，并借助算法来处理、构建出更逼真的光影效果。
比如你在一面镜子前刷牙，天花板上的照明灯打在你脸上，然后透过皮肤反射到镜子中，而镜子又会进行新一轮反射，最终才会到达你的双眼，可以说，被反射的对象也会影响你所看到的光线效果，这也是我们需要跟踪的光线路径。
但完全从光源发起处开始追踪仍不现实，那意味着我们需要考虑很多条路径，包括那些玩家看不到的部分，比较省资源的方法是从玩家视角出发，反向跟踪那些只会被玩家视线相交的光线路径，则能有效降低计算压力。
严格意义上说，光线追踪技术并不是一项近几年才兴起的技术。早在 1972 年，位于纽约的 MAGI 公司就曾开发了一套名为 SynthaVision 的软件，用于跟踪核辐射放射的源头，其中已经涉及到一部分光线追踪的概念。
此后，这项技术引入到电影和电视剧的 CGI 制作领域中，原本跟踪核辐射的手段则被转换成跟踪光线，我们在 1982 年的迪士尼电影《创战纪》中已经能看到它的应用。
虽然在过去三十多年里，光线追踪已经在电影和动画制作上扮演了重要的角色，比如皮克斯旗下的多部动画作品，但电影的呈现方式在其非互动性，所以制作时可以通过大量服务器，离线先将画面渲染好，然后再输出即可。
而游戏却不同，既然存在实时的人机交互，意味着游戏厂商无法效仿电影行业的做法，而只能通过「实时渲染」的方式来对每一帧画面进行计算，背后则代表着庞大的计算量。
以去年首批支持光线追踪的《战地 5》为例，只要在游戏里开启了光线追踪开关，基本都会出现 20%-30% 的帧率下降，等于是牺牲性能来换取好画面。而顶级显卡尚且如此，更不要说那些连 60 帧都无法保证中低端的设备。
另外，就算在算力支持下，让光线追踪技术完全取代光栅化渲染仍不现实，短期内，游戏行业依旧会使用混合渲染的手段，让光线追踪重点渲染那些能带来直观效果的场景。
反映在游戏里的，便是爆炸后的火焰效果，以及大理石地板和积水等这类能够体现光线反射的场景，你才会肉眼感受到光线追踪技术的特性，这种从「好」到「更好」的改变，似乎与原本所说的「重新定义游戏画面」相差甚远。
但事实上，光线追踪调整的部分，和我们以前看到的人物变得更精细、场景可破坏度更高并没有太大的关联。如果游戏本身已经采用了很成熟的光栅化特效，光线追踪更像是纠正了原本被错误绘制，且不自然的光影，但对大部分不了解光学路径的玩家们来说，可能并不会察觉这种原本就存在的「BUG」。
想要扭转玩家的惯性认知，意味着光线追踪技术需要做到大范围的普及，而这则与游戏开发商的支持力度息息相关。
我们确实看到了越来越好的一面，经过今年的 E3 和科隆游戏展后，新一批 3A 游戏对光线追踪的态度明显积极许多，包括《使命召唤: 现代战争》、《赛博朋克 2077》和《看门狗: 自由军团》在内的作品都通过大场景的展示来强调光线追踪技术对画面的影响，大有成为主流作品标配的趋势。
而《我的世界》的演示则更为脱胎换骨。Digital Foundry 指出，《我的世界》并未停留在反射、环境光遮蔽和全局光照等特定效果上，而是提供纯粹的路径跟踪。这意味着它几乎没有使用太多传统的光栅化技术，而是直接还原光线自身的传播方式，并很好地展现了它与其它材质物体的相互作用。
当然，如开头所说，这和《我的世界》使用的简单建模也有很大关系，不过演示中依旧能看到大量高清化的纹理材质，你能看到，光线照射在金属、大理石和积水这三种表面下会展现出不同的效果。
除此之外，微软和索尼也都已经宣布，下一世代游戏机都会从硬件层面加入对实时光线追踪的支持，预计会由 AMD 的图形芯片驱动。
有了两大主机平台方的表态，那些以画面作为主打卖点的游戏开发商就很难再保持观望了。毕竟从游戏开发者的角度说，一项新技术能否成为主流不仅取决于它的革新性，也要考虑玩家获取成本和内容支持。如果它能够出现在所有玩家的手中，内容方的支持显然是必须的。
开发了《暴雨》、《底特律：成为人类》的 Quantic Dream 公司 CEO 大卫·凯奇（David Cage）近期接受 GameSpot 采访时也表示，他希望开发商们能够跟进光照技术的演变，而不仅仅是追求分辨率。
「过去我们追求图像多边形的数量，然后变成了着色器和纹理，现在轮到光线了。虽然大家都在谈论像 8K 这样的分辨率提升，但我宁愿把注意力放在反射、阴影等光影效果上，它将改变我们对光线的理解，让人类进入到一个更写实的虚拟世界中。」
我们距离真实的游戏世界，又近了一步。
题图来源：Control
