七八千元显卡的光线追踪效果在手机上也能实现了吗

当PC用户们还在为买到一块原价显卡而奔波，为游戏光线追踪对硬件要求过高而烦恼时，谁又能想到，在图灵架构推出三年后的今天，手机上都已经可以支持光线追踪了？

近日联发科正式推出了基于Vulkan扩展的移动端光线追踪SDK解决方案，并与ARM以及腾讯游戏共同实现了移动端实时光线追踪技术的首次演示。

联发科表示，这次推出的SDK为移动终端的光线追踪技术开发提供了必须的工具、框架和内容，进一步拓展游戏生态系统，共同推进光线追踪的行业发展。

虽然现在联发科还没有官方的视频演示流出，但就在这个月初，三星也开始预热，宣称未来与AMD合作的Exynos GPU将会支持光线追踪。

短短半个月内，两家手机芯片厂商都传来捷报，难道这意味着动辄七八千元显卡才体验到的光线追踪效果，也能在手机上实现了？

PC端光线追踪现状：开启立减70%性能

三年前，老黄在英伟达发布会上带来了被称为“12年来GPU最大的革命”的Turing（图灵）GPU架构，并推出RTX系列产品，其中最大的卖点就是支持“Real Time Ray Tracing（实时光线追踪）”。

在当时发布会上作为演示的战地五，开启光线追踪后效果相当震撼，包括水面、汽车漆面、路面对于光源的漫反射几乎做到与真实世界无异。

没有对比就没有伤害。如果说上面的画面你没看出来有什么惊艳的，下面光线追踪关闭与开启后的对比相信所有人都能感知到其中的差距。

当然，实时光线追踪是建立在GPU算力上的，虽然英伟达在图灵架构中专门为光线追踪中射线、三角形求交等计算设计了一个被称为RT Core的ASIC，和用于降噪的深度学习单元Tensor Core，但这对于实时光线追踪所需的计算量，还是不够看。

与以往光栅化渲染计算从光源发出光线的传播路径不同，光线追踪是利用光的可逆性，反向跟踪从眼睛发出的光线，通过数学模型展现出来，更加贴近现实的反射与折射效果，效率也相对较高。

问题是光线追踪对每一条独立的光线都要进行实时计算，而光栅化渲染在像素之间存在共享，因此光线追踪计算量将极其庞大。

最终的结果就是，不少网友反馈开光追后游戏帧数暴跌70%。

Tensor Core的存在其实正是为了解决算力不足的问题，DLSS深度学习超级采样技术，就是Tensor Core的应用。简单来说，可以理解成降低游戏分辨率再利用AI深度学习将画面还原。

然而实际应用中，打开DLSS帧数是上来了，但是画面不可避免又会变模糊。

总而言之，算力才是硬道理。目前最新的RTX30系的高端显卡已经可以实现2K分辨率下大部分光追游戏60帧以上流畅运行，但为之付出的是功耗超过300W，功率体积上的差距，也是不少人对于移动端光追表示怀疑的原因。

如何在移动设备上实现光线追踪？

其实联发科早在今年一月的发布会上，就表示天玑1200和1100都已经原生支持光线追踪技术。从GPU采用了ARM Mail-G77推测，联发科的方案并没有采用像英伟达RT Core的专用计算单元，而是更多在软件驱动层面进行支持。

而这次联发科的光线追踪SDK方案基于Vulkan扩展，Vulkan是一个跨平台的2D3D图形API，去年Vulkan加入了光线追踪标准，成为业内第一个适用于移动端设备的光线追踪标准。

华为更是在去年软件绿色联盟开发者大会上与网易联合，宣布在游戏重实现了光线追踪渲染，并放出了演示视频对比。

可以看到开启光线追踪后的软阴影效果：

磨砂镜面反射效果：

不过，这些场景相比桌面端的光线追踪场景，实在过于简单，华为也没有透露太多技术细节。有业内人士表示，华为实现的手机端光线追踪，实际上是用着色器实现的软件光线追踪，不需要专用计算单元。只是从软件层面帮助了开发者和玩家，让移动平台能体验到光线追踪的部分效果。

不过正如华为HMS Core CG Kit团队此前接受采访时所说，现阶段，光追在移动端平台上要想达到实时是有难度的，主要是对算力要求太高了。

对于移动平台，由于功耗和带宽等相比桌面PC是相当有限的，所以要实现移动端的光线追踪，专用硬件是未来的必要条件。

Imagination曾将光追技术分为了6个层级：

Level 0：传统解决方案

Level 1：传统GPU上的软件

Level 2：硬件中的光线/方框和光线/三角形测试器

Level 3：硬件中的边界体积层次结构（Bounding Volume Hierarchy，BVH）处理功能

Level 4：硬件中的BVH处理和一致性排序功能

Level 5：硬件中带有场景层次生成器（Scene Hierarchy Generation，SHG）的一致性BVH处理功能

目前桌面级光追方案还在Level3阶段，Level1和Level2则是当前移动端以及主机平台所普遍采用的方案。

同时，从Level0-Level5，光线追踪的功能会更加注重于效率，这对于移动端设备来说尤为重要。当专用硬件加入到参与光线追踪效果处理中，相比于单纯的软件方案，在相同的效果之下，功耗将会有巨大提升。

Imagination早在2016年就推出了全球首款专用的光线追踪加速器，Level4等级的光线追踪系统将在今年开放授权许可，而支持Level4等级的IMG C系列GPU也将在今年推出。

目前为止，除了三星Exynos和Imagination宣布采用硬件级光线追踪之外，Arm Mali GPU也表示将在未来新品中提供硬件加速，提高移动设备上的光线追踪技术的效率。

软件定义硬件在近几年里被提到的次数越来越多，从光线追踪的发展趋势来看，同样是软件需求催生出相关专用计算单元。而目前Vulkan标准已经正式支持光追，苹果的Metal也推出了一些相关的API，华为、Imagination、联发科等公司积极与游戏公司合作推进光线追踪落地。这些信号都透露出，在软件生态积极推进之下，未来几年内芯片厂商将会推出更多支持光线追踪的移动硬件平台，将智能手机的性能竞争拉入一个全新的赛道。

责任编辑：haq