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加了光线追踪后,《我的世界》为什么可以好看这么多?

2019-10-28 9:20:00来源:爱活网作者:penylo责编:孤城评论:

无论讨论什么热门游戏,光线追踪技术都会被摆在话题前列。让游戏更接近真实与自然是自古3D游戏的梦想,是的,就算是全屏马赛克的《我的世界》也不例外。《我的世界》光线追踪版在8月份正式宣布之后,一时间引起轩然大波,并经过科隆游戏展的演示DEMO后不断发酵。

有意思的是,在《我的世界》光线追踪版被曝光之前,开发商Mojang宣布放弃全平台高清材质素材包升级,《我的世界》高清版(Super Duper Graphics Pack)被认为无疾而终。但仅一周之后,光线追踪版正式公布。那么,究竟是什么让Mojang放弃原本的制作计划,转而坚定的投向光线追踪阵营?

高画质的向左和向右

游戏画质提升的方式有很多,目前比较流行的方法可以分成两种。一种就是依靠提升游戏素材质量,在原有的基础上加入阴影、雾、投射光线的效果,并提升游戏素材本身的分辨率。往更简单的说,这相当于做饭时在一盘菜中加入更多的辅料,让菜看起来更为精致并且提升口感。

其中提升游戏素材质量已获得出众效果的,当属先在游戏主机平台火爆,然后进行4K画质提升并搬运到PC平台的GTA5,游戏整体容量突破75GB。而后最终幻想15 PC版4K素材包更是将游戏容量往前推进了一大步,达到恐怖的150GB。

你会发现游戏中素材的提升往往会带来更大存储需求,以及更高的硬件推动。事实上这也正是前面提到开发商Mojang大张旗鼓用两年时间努力的方向。《我的世界》高清素材包原本计划会在Xbox One X等平台上推行,但随着开发的深入,工作室发现即使是满屏幕马赛克的世界,也无法实现这么多高技术的需求。

除了游戏容量的几何级增长,《我的世界》高清素材包对硬件限制也更为苛刻,除了少数游戏主机和PC,诸如手机、平板推行几乎不可能。这最终引发了开发商Mojang的决策转向,既然要做高清高画质的《我的世界》,不如让配置最前沿的PC先行。由此,《我的世界》开发便转向了第二种,也是当前最流行的解决方式,通过实时光线追踪计算提升画质。

稍微对游戏设计有所了解的同学或多或少会有些了解,传统游戏场景的光线摆布很考验开发团队的设计功底,在过去两年《我的世界》高清素材包的研发中,Mojang要花费大量的人力物力研究每一个物体,场景的光影是否自然,并且是在我的世界地图是随机生成的前提下。否则画面不自然协调,即使用上高清素材也是白搭,观感仍然会很差。

但实时光线追踪技术却可以直接跳过这个步奏,通过直接在游戏中设置光源,例如太阳、岩浆、火把等,光线剩下的反射、漫反射、阴影等多种效果交给计算机硬件自动计算即可。这意味着引入实时光线追踪技术本身就能在获得更好的光影效果的前提下,极大的加快开发周期。这也是为什么Mojang在宣布放弃高清素材包之后,仍然能快速推出《我的世界》光线追踪版的缘故。

实现光线追踪的5种方案

有意思的是,推动实时光线追踪技术的厂商之一,正是Mojang的东家微软。在去年GDC游戏开发者峰会上,微软正式宣布将DirectX Raytracing融入DirectX 12中,也就是后来我们经常讨论光线追踪技术游戏时,经常提到的DX12 DXR。也正是从那一刻起,光线追踪从传统的离线渲染转入实时渲染变成了可能。

微软DirectX API遵循一套机制,它会将游戏与硬件隔离,确保双方运行的稳定性。也就是说,在Windows 10以后的系统中,游戏自己是不知道正跑在什么样的硬件上,只需要知道又相关新特效可以调用,直接向DirectX提出申请即可。

这意味着一旦新推出的游戏大作宣布支持DirectX 12规范,也在很大程度上只能在Windows 10上运行,原因是DirectX 12的完全版本仅存在于Windows 10中。同时也意味着游戏们不需要知道什么硬件,理论上在任何支持DirectX 12的平台下都能运行实时光线追踪技术。但实际上,这是不可能的。

原因其实不复杂,光线追踪涉及的某些操作非常耗时而且动作重复。一个简单场景的光线追踪运算如果不做取舍,资源计算消耗占比可以达到95%以上。最直接的例子就是给你100000张无规律的拼图,你只知道它可以拼起来,过程却需要反复尝试。

为了节约资源,英伟达在推进实时光线追踪计算的道路上,衍生出了5套光线追踪技术的解决方案,即反射Reflections、高阶反射Advanced Reflections、全局光照Global Illumination、阴影Shadows、环境光遮蔽Ambient Occlusion。它们之间相互独立,可以组合使用,也可以单独使用,最终让游戏在设计时可以根据对硬件需求的定位进行取舍。

其中,反射是通过实时光线追踪完成对光源的单次反射,光线主要涉及到物体表面,以获得逼真的光照效果。同时根据游戏材质的不同,在算法上也可以进行压缩,以换取更好的游戏流畅度。

高级反射则是要考虑光线多次在折射、反射和漫反射的效果,是所有普通显卡噩梦的开始。全局光照则要考虑到一道光源照射到物体后反射、折射、焦散等自然光效。阴影则是考虑数个光源对物体产生阴影的强弱和从影效果。环境光遮蔽则是用来改善场景中物体漏光、阴影不切实际等情况,让画面更具备层次感。

显然,就算是将光线追踪技术进行运算拆分,传统硬件是难以驱动其中一个或者多个实时光线追踪方案的。就算是《我的世界》光线追踪版这样的马赛克游戏,想让传统硬件流畅运行并且获得完全效果根本是难上加难。

因此,在DX12 DXR在发布之初便考虑到了另外一种可能性。那就是在DXR架构下,通过硬件加速电路在GPU上执行光线追踪。这套硬件加速电路,放在英伟达的显卡阵营中,就是RT Core。它将承担实时光线追踪计算中最繁杂的部分,通过硬件加速的方式,高效解决通用计算架构需要花费海量时间进行的光线追踪问题。

实际游戏中也确实如此,只有在支持实时光线追踪的硬件加持下,《我的世界》光线追踪版发生了脱胎换骨的变化。例如林间山谷变得更为迷人、层次感鲜明。

同样,水面颜色也不在需要用简单的蓝色来糊弄人,随着水的深浅以及阳光反射和物体倒影,呈现出了更逼近自然的效果。

即便是在幽暗的洞穴,丰富的层次感和逼近自然的光线折射,马赛克们也迸发出了更强的画面感。

写在最后:技术之路的新尝试

虽然《我的世界》最终未能实现全平台画质升级,但毋庸置疑的是,《我的世界》光线追踪版完全颠覆了大伙对“马赛克”的想象力,而这一切要得益于软件和硬件对光线追踪技术的不断推进,将原本不可能的游戏画面变成了可能。

《我的世界》实现光线追踪也仅仅是第一步,在今年科隆游戏展上,大多数3A级大作都宣布了支持光线追踪技术的意向。对于开发团队而言,支持光线追踪技术能够加快开发周期,并且获得更好的画面效果。而对于玩家而言,准备好一张支持光线追踪的显卡,才是应付未来大作的根本保障。

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