光線追蹤解析:是它讓遊戲真正有了電影大片的感覺

【數碼愛好者科普】光線追蹤技術，從字面理解就是追蹤光線傳播方向的技術。應用到視覺畫面渲染上，就是根據數學原理在一個二維屏幕上呈現三維畫面的技術。

現實環境中，我們之所以能夠看到物體，是因為太陽發出的光線，在物體之間不斷的反射，照亮整個空間的同時有一部分會攝入人眼，然後我們的大腦將光線進行整合後形成一個色彩斑斕的畫面。由於角度、顏色、距離等因素的影響，物體在反射光線的時候會出現明暗、顏色深淺、陰影等現象，這就讓我們看到的畫面有了立體感。

而光追技術就是依據這個原理，通過程序數學模擬光線在環境中會出現的反射、折射和陰影效應等，再逆向將畫面呈現在屏幕上。光追技術主要應用在電影大片後期製作時的畫面渲染當中，尤其是科幻、神話類的影片，很多的場景並不存在於現實世界，而是通過電腦技術製作出來的。應用到遊戲還是從NVIDIA推出第一代RTX系列遊戲顯卡開始的。

光柵化技術

在光線追蹤技術應用到遊戲之前，光影效果用的都是光柵化技術，遊戲畫面中的陰影、倒影等現象都是基於人的認知做的模擬光影效果，而不是根據遊戲情境實時渲染出來的光影效果，所以在某些角度觀看畫面的時候並沒有應有的光影效果，缺乏真實感。

而光線追蹤技術則是根據遊戲場景，分析光源傳播方向，通過程序數學來計算出光線在環境中所有的反射、折射、陰影數據，並實時渲染畫面的光線，呈現最貼近自然光線的視覺效果。

光追技術讓遊戲畫面有了一個質的飛躍，從一個所有東西都預設好的動畫片成功升級為擁有近乎真實光影效果的電影大片。

光追最早是伴隨Windows Vista系統一同發布的，微軟在這一代遊戲接口中添加了很多更複雜、更真實的3D效果，光線追蹤就是其中重要的新技術。但受限於硬體技術和沒有遊戲針對光線追蹤進行優化，所以這項新技術並沒有得到應有的重視。直到2018年8月英偉達（NVIDIA）推出支持實時光追技術的RTX 2080Ti遊戲顯卡。

NVIDIA率先推出支持光追的RTX系列遊戲顯卡

2018年8月老黃帶來了「近12年GPU界最大的革命和成功」的RTX系列顯卡，其最大的賣點就是支持實時光線追蹤。

由於實時光追的計算量太過龐大，通過之前的計算單元的話需要好幾張頂級的顯卡才能勉強運行。因此，NVIDIA在RTX中專門用於光線追蹤計算的單元RT Core和後期用於降噪的深度學習單元Tensor Core，讓顯卡能夠實現實時的光追效果，但效果也並不理想。

傳統遊戲性能提升不如預期；性價比超低；開光追後遊戲掉幀厲害，打開DLSS幀數上來了但畫面模糊了；再有就是支持光追的遊戲太少了。

面對一系列的問題，NVIDIA並沒有放棄光追，而是見招拆招，問題一個一個解決。推出GTX 16系列、RTX SUPER系列顯卡應對性價比不高問題；DLSS 2.0在遊戲幀數和畫質方面進行了全面提升；老黃還和眾多遊戲廠商打好了關係，除了《戰地 5》之外《地鐵：離去》、《使命召喚：現代戰爭》、《賽博朋克2077》等遊戲都支持光追技術。

如今，實時光追技術取代光柵化技術的趨勢已經不可逆。

AMD的光追技術

今年3月6日AMD舉行的Financial Analyst Day（財務分析日）讓AMD搞成了新品介紹會，重點就是下一代Zen 3架構、Ryzen 4000系列桌面CPU、EPYC Milan伺服器CPU以及RDNA 2 GPU。

相比於上一代RDNA架構，RDNA有三大提升：

1、擁有硬體級光線追蹤和VSR可變幀率技術。

2、重新設計的GPU微架構。

3、升級了7nm+工藝。

在發布時間上AMD已經落後於NVIDIA，但AMD的優勢在於最新的Microsoft DXR 1.1 API是由AMD和微軟共同開發的，所以，AMD的光線追蹤技術在系統支持方面要比NVIDIA RTX系列要好一些。

會上AMD也給出了一張光追效果圖，從中不難看出，光線的渲染效果非常不錯，建築物在水中的倒影渲染得比較到位，真實感很強，與RTX顯卡的渲染效果也不遑多讓。

遊戲主機進入光追時代

伴隨微軟和索尼即將推出的次世代遊戲主機，光追技術再次成為人們關注的重點。無論是微軟的Xbox Series X還是索尼的PS5都將搭載定製版AMD處理器，而顯卡自然就是上文中說到的RDNA 2架構顯卡。

在遊戲主機領域中AMD是絕對的霸主，即便NVIDIA的光追技術再NB也沒能在這個市場翻出一朵浪花出來。對於AMD來說，PC市場短時間很難超過英偉達，主機市場是它彎道超車的機會。