光线追踪为游戏玩家和开发人员带来哪些好处

Imagination在线课程上新！深入解读业界首个移动端光线追踪GPU架构

在上一篇文章中，我概述了新款IMG CXT GPU，并解释了为什么它能够在移动功率预算中为常规光栅化和光线追踪效果提供令人惊艳的性能。然而，即使光线追踪成为桌面显卡的新标准几年后，仍有人质疑为什么光线追踪很重要。因此，在本文中，我们将快速了解它为游戏玩家和开发人员带来的一些好处。

环境贴图已成过去时

自3D图形开始以来，开发人员一直在使用光栅化 ，因此他们非常擅长使用它来“伪造”光照场景也就不足为奇了。

要在游戏中创建阴影，需要创建“阴影贴图”。这将测试像素是否在光源的视野内，并且每个像素都必须由开发人员手动放置到场景中。但是，阴影贴图必须从每个光源的角度进行渲染，存储为纹理，然后重新投影到自身。正如我们在光线追踪演示的下图中所看到的，问题在于阴影贴图会产生硬边阴影并且缺乏精度，因此容易出现锯齿，其中光线看到的像素与相机看到的像素不对应。有一些方法可以解决这个问题，例如级联阴影贴图，但这些方法需要大量的几何图形和像素吞吐量才能以多种不同的分辨率渲染场景。

默认情况下，阴影贴图会创建外观难看的锯齿阴影

有了光线追踪阴影，这一切都会消失——你可以从可见曲面上的每个点向光源发射光线。如果光线到达光源，则该表面被照亮，但如果光线在到达光线之前击中任何东西，则该光线将被丢弃，这意味着该表面被阴影覆盖。

光线追踪允许产生细微、柔和的阴影，而不会降低分辨率

使用光线追踪阴影，你可以不受分辨率的限制，因此你的阴影可以变得非常微妙、平滑和漫反射。这些被称为柔和阴影。一个物体可以生成一个真正的pcastenumbra，其结果是它感觉自己好像真的在这个世界上。

你还可以获得真实的接触阴影——例如由场景中的对象准确生成的阴影，这些阴影看起来似乎与对象相连——而不是使用阴影贴图获得的近似值。光线追踪还提供动态生成的照片级真实感阴影，而在此之前，你必须对其进行预计算以获得真实感。

标准阴影在场景中看起来像悬浮在地面上

更重要的是，当光线追踪阴影处理运动中的物体时，我们的人物在行走时会在地板上投射阴影。这种类型的效果使对象和角色看起来在场景中接触地面，而不是脱节的，或者看起来是漂浮的。

光线追踪还意味着开发人员可以取消立方体贴图，消除常见问题，例如物体的光线溢出而不阻挡光源，并且你将看到物体的表面反射，这有助于将场景连接在一起。

光线追踪阴影看起来更自然

节省空间的游戏玩家

能够取消环境贴图的附带好处将是内存更小的游戏。这些地图本质上是非常大的纹理，因此完全光线追踪游戏的一个小但明显的优点是，下载和安装的空间更小 ——这在移动设备上可能很有价值，因为移动设备的存储和数据带宽非常宝贵。

反射贴图升级

目前游戏中最先进的反射是屏幕空间反射（SSR），它可以实时提供动态反射，但顾名思义，它只能在屏幕空间中反射——因为它们只反映观众在当时看到的东西。例如，这意味着在第一人称射击游戏中，如果你有一个场景，比如说，天空和树木在水中反射，但你向下看，天空和树木将不再反射，因为你在屏幕上看不到它们。相反，它将不得不回退到不精确的反射图，而这会降低真实感和沉浸感。

光线追踪从根本上改变了这一点。它可以启用屏幕空间之外的对象，这不仅增加了沉浸感，而且会对游戏的玩法产生重大影响。现在，你可以看到敌人从后面或侧面向你袭来的反射，或者你可以使用反射面来查看周围的角落。这可以提供竞争优势，或者，如果游戏设计得很好，可以增加游戏的戏剧性。

全局照明

游戏中增加真实感的一种流行技术是全局照明，它模拟光线在多个表面上反弹到其它对象的光或阴影。这样做的好处是更细致、更准确地观察世界。

这对 GPU 实时性要求很高，但很自然，高效的光线追踪器是更高效、更准确地实现这一点的首选。光线追踪全局照明（RT GI）为逼真效果提供了最佳选择，除了光线追踪阴影和反射之外，场景中的对象相互影响。正如在演示的屏幕截图中所看到的，RT GI 在一些区域提供了额外的阴影，例如在大型银色圆柱体和管道之间，在墙壁上产生阴影。不仅如此，表面还呈现出反射到这些表面上的光的颜色，使它们具有更温暖、更真实的色调，所有这些都赋予了图像真实的深度和沉浸感。

节省时间

光线追踪除了为最终用户带来的所有视觉增强功能外，也许最大的粉丝应该是开发人员自己。假设他们可以创建仅针对光线追踪 GPU 的游戏，他们可以节省大量时间，而不必创建我们之前描述的环境贴图。

在由传统光栅化技术照明的游戏中，美术师必须在场景周围手动放置补光灯。为了模仿“反弹照明”，就像在会受到灯光间接影响的照明区域一样，游戏美术师必须在场景中放置所有补光灯——基本上是通过眼睛，然后手动调整灯光的颜色和强度，使其看起来很真实——这都非常耗时。此外，如果出于任何原因需要更换灯光，则必须重新进行整个过程。

使用光线追踪全局照明，开发人员需要做的就是打开它，整个房间就会充满光线。这不仅节省了大量的工作时间，而且在物理上更准确、更有说服力。如果需要更改任何内容，它无需额外工作即可动态更新。这就是光线追踪带来的益处。

光线追踪反射和阴影为3D 图像增添了真实感

用户生成的内容

同样，想象一下模型师创建自己的新游戏。问题在于，这些自制关卡的照明效果很差，因为没有原始游戏开发商创建的预烘焙照明。但是，通过实时光线追踪硬件，场景的照明可以在设备加载时在设备上实时完成，这意味着用户创建的内容可以有效地与专业游戏内容一样好——至少在照明方面如此。在计算照明时可能会有一点延迟，但质量水平的提高将使这一点很超值。

结论

通过光线追踪，我们可以看到视觉质量和工作流程的好处，这在很多方面都是紧密联系在一起的。开发人员获得了显著的生产力提升，并能够以新的方式设计游戏以充分利用其可能性，而最终用户则可以获得更好看、更沉浸式的世界。

因此，我们很高兴将 IMG CXT 推向市场。我们的 CXT 48-1536 RT3 内核提供 48 GTexels/s（相当于1.5 TFLOPS FP32）的卓越光栅化性能，与 1.3Gray/s 或更高的性能紧密结合。它还可以提供 6 TOPS 的 AI性能，以实现良好的功耗平衡——所有这些都在大约 1-2 瓦的移动功率预算内。

这就是为什么我们可以确定，使用该 GPU IP 的设备能够提供至少与我们目前在PC机和游戏机上享受同等水平的视觉质量——帧率在 30 到 60fps 之间，具体取决于目标分辨率。

正如Imagination在智能手机革命开始时使移动游戏成为可能一样，通过CXT，我们再次重新定义了移动图形的可能性——当然，这只是开始。

原文标题：为什么游戏玩家和开发者应该关心光线追踪

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审核编辑：彭菁