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裂焦濾鏡

《玩具總動員4》里有這樣一個片段：主角之一的叉叉被反派蓋比欺騙，將芭比當成了朋友，并對芭比無話不談?？墒钱敳娌嬖儐柊疟鹊降资裁磿r候自己才會被接走的時候，芭比卻對他敷衍了事。在這個片段當中，畫面上出現了一個非常奇特的現象：蓋比身后的背景變得虛化模糊了，可是到了叉叉邊上，一切又變得清晰了起來。整個畫面里，出現了兩個焦點。

在現實的電影拍攝中，這種畫面使用的是一種叫做“裂焦濾鏡”的特殊道具。由于物理上的限制，攝影機的鏡頭在同一時間里只能清晰地“看”到某個特定距離的畫面，比這個畫面更近或者更遠的景象，都會變得模糊。

可是，《玩具總動員4》是一部CG動畫電影，沒有那么多現實中的限制，讓所有畫面中的角色都清晰地處于焦內，并不是什么難事。反而是模擬出多重景深的效果，要費上不小的功夫。為什么制作團隊要費這么多工夫呢？

因為在單純的“看清楚”之外，裂焦濾鏡畫面其實還有另一個非常重要的功能。大部分人在看到《玩具總動員4》里蓋比和叉叉的鏡頭的時候，可能都不會意識到背后使用的是什么技術，但是肯定能感覺到這種畫面里，存在一種非常微妙的不協(xié)調感。

與此同時，電影的劇情也正處于一個充滿了張力和對抗的節(jié)點。在遠處的叉叉似乎意識到情況有些不對勁，而近處的芭比看似在和他對話，但是心思卻并不完全在他身上。畫面中的不協(xié)調感和劇情相結合，讓這一段顯得尤其令人緊張和焦躁。

裂焦濾鏡所帶來的這種特殊的表現效果，已經超越了這項技術最初的用意，而成了一種新的藝術表達語言，潛移默化影響觀眾的觀感。因此，在特效合成技術非常成熟的現在，依然可以在諸如《神探夏洛克》這樣的影片中見到這種“古老的技法”。

在130多年的歷史上，電影導演和攝像師在畫面表現上，積累了許多獨特的方法和經驗，形成了一座豐富的，提升畫面表現力的寶庫。因此，當CG動畫電影在畫面表現力上遇到瓶頸的時候，轉而學習這些細節(jié)技巧，也變得順理成章。

CG動畫向來是游戲畫面的先行者和風向標。那么，游戲開發(fā)者是不是也可以直從這座寶庫里偷師，提升游戲畫面的表現力呢？

不是簡單的加法

這事沒有看上去那么簡單。游戲為了提高渲染速度所依賴的光柵化渲染，實現視覺效果的原理和動畫電影完全不同。許多跟光學相關的技巧，在CG動畫中應用起來相對會簡單一些，但是用在游戲里，成本就會變得非常高昂。

現實中鏡頭的光學特性，是成像過程中的一部分。光線經過鏡片的反射與折射，最終抵達攝像機的傳感器。這意味著，想要完美還原現實中鏡頭的特征和缺陷，最好的方法，是通過光線追蹤算法來進行模擬。

由于在很長一段時間里，實時光線追蹤渲染對于游戲開發(fā)者來說都可望而不可即，基于光柵化渲染所設計的景深、炫光等特效，很多時候只能解決“有沒有”的問題，經不起仔細的推敲。一旦處理不好，可能還會給畫面帶來反效果。更復雜精細的鏡頭特性，也就無從談起。

另外一個在電影和CG動畫當中時常能見到，但是在游戲中比較難做好的效果，是薄霧和體積光。

在這就還得提一下1982年的《銀翼殺手》。這部電影總要被拿來說事，因為它確實是電影畫面表現的一個太經典的案例了。在《銀翼殺手》出現之前，沒有電影在畫面上能有這樣的質感。而在《銀翼殺手》上映以后，所有的科幻片，多少都帶一點它的影子。

《銀翼殺手》畫面的最核心，就是對丁達爾效應登峰造極的運用。所謂丁達爾效應，其實是這么回事：在起霧的大氣中，布滿了微塵和水珠。如果有光線從霧中穿過，就會照亮這些微塵和水珠，形成類似“圣光”的光線通路。但是《銀翼殺手》獨樹一幟的，不只是光，更多的是由光照所造成的陰影。陰影的部分會形成通常在畫面設計中會被叫做“負空間”。這部分負空間，也存在畫面張力，有時甚至比正空間更有力量，但是又往往會被忽視。

在《銀翼殺手》中，導演萊德利·斯科特有意識將負空間作為畫面語言的重要部分。以這個鏡頭為例，畫面中人物、桌面和電扇的暗面，加上它們的陰影，整體構成了一個足夠有分量的負空間。這個負空間和丁達爾光構成的亮面構成了鮮明的對比。同時，布滿房間的霧氣又弱化了這種對比，讓畫面顯得特別朦朧夢幻，讓觀眾可以直接感受到人物的迷惘和悵然。

這種畫面在游戲中也很難運用。原因很簡單：傳統(tǒng)的光柵化渲染，對帶有一定面積和形狀的光源的投影特別頭疼，只能是“簡單粗暴”地當作點光源來處理，或者要預先烘焙好陰影貼圖。前者投影的感覺總會差點意思，后者則只適合相對靜態(tài)的場景，一動起來就要穿幫。

為了不讓陰影面一面漆黑，還需要在背后添加補充光源，增加AO貼圖的細節(jié)。再考慮到薄霧帶來的散射和光線衰減，想要在光柵渲染里用《銀翼殺手》的方式在正負空間上做文章，實在是難上加難。所以游戲中的體積光不少見，但是有《銀翼殺手》那種感覺的就要少見得多。

光線追蹤

在兩年前，NVIDIA上市RTX 20系列顯卡，首次為實時光線追蹤游戲提供可用的硬件支持，之后新一代的RTX 30系列顯卡，又將光線追蹤的性能提升了一個臺階。在這些新技術硬件的輔助下，一些原本在光柵化渲染中無法應用，或者成本高昂的效果，也可以逐漸在游戲中見到。

這種變化在最簡單的游戲里看得最直觀。像是2020年上市的RTX版《我的世界》，只需要日光的折射和反射，就能把山洞塑造得無比真實。普通玩家，也可以按照自己的方式去塑造光影的感覺。而在傳統(tǒng)光柵渲染的游戲里，做出這種感覺，需要專業(yè)的場景設計師花費大量的時間和精力，而且很可能換個觀看的角度就穿幫了。

此外，如果想在光柵渲染中讓屋內的光線隨著日光變化，并且投射正確的陰影，通常需要一整套預渲染的全局光照貼圖和陰影貼圖。而在光線追蹤的輔助下，這個步驟直接就省略了。

當然，開啟這樣的效果對顯卡有一些要求。《賽博朋克2077》作為近期最重頭的一部作品，也是光線追蹤應用的一個例子。

單獨拆開來看，開啟光線追蹤所帶來的提升有時不能一眼就能看出來。但是在一款開放世界游戲里面綜合起來，確實是兩種完全不同的體驗。像是霓虹燈、水面反射、人物陰影這些效果，開啟光線追蹤之后，非常自然地和環(huán)境融合，玩家甚至注意不到它們的存在。但是一旦關閉光線追蹤，就會發(fā)現原來這些效果可以這樣突兀，甚至到了破壞游戲沉浸感的程度。

不難想象，這只是一個開始。當游戲行業(yè)對實時光線追蹤渲染的開發(fā)逐漸步入正軌，游戲也終于能像CG動畫一樣，從電影表現手法的寶庫中取經。大的游戲團隊可以利用光線追蹤提高工作效率，而小的獨立開發(fā)者也可以實現過去負擔不起的畫面表現。那時，游戲畫面距離真正的“電影級畫質”的普及，就不遠了。

結束語

如果有一天，光線追蹤的各種效果，像PBR材質一樣形成固定的工業(yè)流程和范式，游戲的畫面細節(jié)，也一定會達到一個新的高度。開發(fā)者如果想要實現某個電影里的氣氛，只需要調好鏡頭，設置好光源和體積霧，就能可靠地模擬出電影里的效果。