游芳苓

處于風(fēng)口當(dāng)中的光線追蹤技術(shù)，正被不少業(yè)內(nèi)人士視為3D圖形領(lǐng)域的一次跨越性變革，并有望在移動(dòng)端進(jìn)一步鋪開。芯片IP公司Imagination首席營銷官David Harold表示，光線追蹤是過去10年3D圖形處理領(lǐng)域最令人興奮的進(jìn)展，很多公司都想要這種技術(shù)，但并非每個(gè)人都能理解它。他相信未來幾年使用光追技術(shù)的設(shè)備會(huì)明顯增加。

所謂光線追蹤，是在計(jì)算機(jī)中模擬光線的傳播、反射、折射等物理現(xiàn)象，呈現(xiàn)符合物理規(guī)律的光影效果，能表現(xiàn)出符合真實(shí)世界的畫面。該技術(shù)近年在游戲領(lǐng)域應(yīng)用較多，特別是在光線反射比較復(fù)雜的情景下，光線追蹤確實(shí)對(duì)畫面表現(xiàn)有非常明顯的提升。

目前，英偉達(dá)、AMD、英特爾3家桌面GPU廠商已經(jīng)支持硬件層面的光線追蹤技術(shù)，并將其應(yīng)用于電腦、游戲主機(jī)中。在移動(dòng)端上，Imagination是最早對(duì)光線追蹤進(jìn)行技術(shù)投入的，此前曾公開展示了借助開源游戲引擎O3DE采用IMG CXT GPU硬件加速的光線追蹤解決方案。

但光線追蹤在移動(dòng)端仍屬較新領(lǐng)域，原因在于該技術(shù)對(duì)算力要求極高。以往硬件選擇的折衷方案是通過軟件層面進(jìn)行模擬，但效果不夠理想。“移動(dòng)設(shè)備總是會(huì)受限于面積和功耗預(yù)算，我們需要一個(gè)具有高效架構(gòu)的解決方案，以降低功耗。David Harold稱，基于Imagination的光線追蹤架構(gòu)，光線追蹤在智能手機(jī)等低功耗嵌入式設(shè)備中不僅可行，而且夠快。

Imagination已經(jīng)在光線追蹤的解決方案上發(fā)展了10多年，但在最近幾年才開始授權(quán)。David Harold表示，對(duì)于移動(dòng)開發(fā)者來說，新技術(shù)總是需要一些時(shí)間來跟進(jìn)，而移動(dòng)硬件的生產(chǎn)也需要時(shí)間。

Imagination推出了一套光線追蹤等級(jí)系統(tǒng)（Ray Tracing Levels System）以提供不同級(jí)別的解決方案。其將現(xiàn)有的光線追蹤技術(shù)分為0～5級(jí)，讓光線追蹤可在不同的性能和效率等級(jí)下執(zhí)行，同時(shí)幫助開發(fā)者了解光線追蹤技術(shù)方案。

在傳統(tǒng)游戲的圖形渲染處理中，對(duì)于光線的處理仍是以光柵化渲染為主，但光柵化作為一種取巧的手段，需要大量的手工設(shè)置，且最終只能在視覺上接近真實(shí)，并不遵循物理規(guī)律。就如省略了計(jì)算光線的步驟后，同一個(gè)場(chǎng)景里各種物體之間不會(huì)有任何光影關(guān)系，比如鏡面和水面呈現(xiàn)的光線反射和折射效果，單靠光柵化就無法實(shí)現(xiàn)。

英偉達(dá)創(chuàng)始人黃仁勛曾稱光柵化已使圖形技術(shù)受限，這也是該公司在消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)力推光線追蹤技術(shù)的原因之一。光線追蹤模擬光線的傳播，電腦只渲染光線打到的地方，因此僅需要很少的人工編程，比光柵式渲染簡便很多。

David認(rèn)為，光線追蹤可以給某些視覺效果帶來一些明顯的優(yōu)化，而光柵化更強(qiáng)調(diào)游戲體驗(yàn)。為此，Imagination也提供混合渲染方案，結(jié)合了光柵化和光追，使開發(fā)者可以在游戲畫質(zhì)和性能之間找到最優(yōu)解———充分利用硬件光追核心生成更好的畫質(zhì)，同時(shí)在不影響畫質(zhì)的情況下更多使用光柵化以提高性能。

但移動(dòng)圖形渲染大幅采用光線追蹤技術(shù)仍有不少問題待解。顯示分辨率增長，圖形精細(xì)度提高，對(duì)于GPU的計(jì)算能力需求不斷加大，如何平衡好諸多要素間的關(guān)系，成為圖形技術(shù)公司的研究課題。

目前，名為“超分辨率”的圖形技術(shù)得到主流公司的采納。該技術(shù)基于人工智能，將低分辨率的圖像增強(qiáng)為更高分辨率的圖像，以便在更高分辨率的計(jì)算機(jī)顯示器上顯示。David Harold提及，Imagination的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速器核心能夠根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)超分辨率等多種圖像增強(qiáng)功能。

成本也是一個(gè)需要考慮的因素。從近年游戲行業(yè)對(duì)光線追蹤的應(yīng)用和反饋來看，傳統(tǒng)光柵化渲染作為行之有效的技術(shù)方案，在流程上相當(dāng)成熟，仍是游戲、影視渲染類公司的主流選擇。有游戲開發(fā)者表示，除非新的渲染方案可以帶來功效的明顯增加，否則在開發(fā)中對(duì)于新型渲染方案仍會(huì)采取謹(jǐn)慎態(tài)度。

好在隨著光線追蹤近年在桌面端的持續(xù)推廣，包括合作伙伴、硬件、開發(fā)者生態(tài)均已就緒，像微軟最新的圖形開發(fā)接口，以及虛幻、Unity等游戲引擎對(duì)光線追蹤支持已十分完善，拓展至移動(dòng)端水到渠成。David Harold稱：“就功能而言，移動(dòng)端和桌面的光線追蹤差別不大，我們所授權(quán)給桌面和移動(dòng)設(shè)備的光追技術(shù)是相同的?！?/p>

不過，這并不意味著在移動(dòng)端光線追蹤技術(shù)可以達(dá)到桌面GPU的水準(zhǔn)。David Harold也強(qiáng)調(diào)，一件設(shè)備的光追性能取決于能為光追投入的芯片面積，因此桌面和數(shù)據(jù)中心的性能提升空間大于移動(dòng)和平板電腦。

對(duì)于未來光追技術(shù)的發(fā)展，David Harold表示，目前客戶開始更多地討論采用Imagination光追技術(shù)的產(chǎn)品，預(yù)計(jì)未來幾年使用光追技術(shù)的設(shè)備會(huì)明顯增加。