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用手机玩游戏,光是好玩还不够

当你拿起相机,想要记录这个世界时,「光影」是你绝不可忽略的一个元素。

用手机玩游戏,光是好玩还不够

当你拿起相机,想要记录这个世界时,「光影」是你绝不可忽略的一个元素。

用手机玩游戏,光是好玩还不够

摄影诞生之初,胶片相机拍摄出的世界没有颜色,只有黑与白之间的灰。回看黑白摄影大师的作品,颜色的缺席并未削弱其强大的表现力,因为深浅不同的灰色构建起了最基本的光影对比,光怪陆离的世界被转变成了一缕单色光,只为纪实服务。

光影是现实世界的「骨骼」,当我们在艺术创作中试图还原现实时,这道「骨骼」勾勒得是否精细,决定了作品表现力的深浅。莫奈的画便是最好的例子。

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细看《日出·印象》,你看不到提香那样细腻的笔触,找不出伦勃朗那种写实性的表达,有的只是急促、跳跃式的线条和变换不定的色彩,这种打破常规的组合,反而能表现出日出时微妙变化的光线。

太阳冉冉升起时投影在水面上的暖光、小船漆黑的背影、远处躲在薄雾中模糊不清的城市,莫奈用色彩的浓淡描绘出了光影的明暗,一座神秘的海港城市得以用最生动的形式呈现在人们面前。

还原光影,是虚拟超越现实的最后一道门槛

绘画和摄影,都是人们用来记录现实的一种手段,定格住关键性的瞬间。

随着时间推移,仅仅记录一个短暂的瞬间已经不能满足我们。英国摄影师爱德华·麦布里奇在 1872 年通过改装照相机,拍摄了一段马奔跑的影片。自此,我们终于能把一段连续的时光封存在实体之中。

记录和呈现更美好的现实,是 20 世纪影视发展的主旋律。

直到某一天,人们发现,虽然我们可以利用摄像机如实地记录下身边发生的一切,但如果想要拍摄虚构的、如小说般超脱于当下的场景时,摄像机所拍摄出的画面表现力还远远不够。现实,终究会成为想象力的边界。

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艺术家们需要更多的工具来施展想象,比如当时蓬勃发展的计算机技术。

利用计算机渲染图像,创作者可以大胆地为作品加入前所未有的视觉元素,例如激光枪发射出红色激光、太空飞船在宇宙中穿梭、恐龙在都市中行走……

计算机动画为电影工业注入了全新的活力,这种虚幻与现实的结合对影视行业的冲击就像是用中子撞击铀 238,将电影炸入黄金时代。

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1995 年,世界首部完全由计算机动画制成的电影诞生。这部描写了一群玩具冒险的电影在全球收获了 3.57 亿票房,成为很多孩子重要的童年回忆——这便是皮克斯首部动画长片《玩具总动员》,它的诞生标志着计算机动画已拥有不亚于实机拍摄的画面表现力。

计算机动画帮助人们突破了现实规则的限制,让天马行空的想象有了落地土壤,但想要超越现实,仅仅是放飞想象还不够,计算机动画还得「忠于现实」。

为了打破现实对想象力的桎梏,计算机动画得先还原现实,这听起来怎么这么矛盾?

让我们先从皮克斯的另一部经典动画电影《赛车总动员》讲起。

《赛车总动员》里的闪电麦昆、拖吊车板牙、哈德逊医生等拟人化的汽车角色是电影最为重要元素之一,这些角色塑造的成功与否直接决定了电影的好坏。

皮克斯在当时所面临的一个重要的挑战,就是如何让孩子们相信这群挡风板上长着眼睛、保险杠上咧着嘴巴的角色是一辆「汽车」。

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仅仅因为它们有轮子,孩子们就会相信他们是「汽车」吗?这还远远不够,这些角色需要更多来自于真正的汽车的视觉元素,最终皮克斯找到了其中的关键——反射。

一辆锃光瓦亮的汽车,从漆面、玻璃、保险杠再到轮毂,都应该能反射出周围环境的物体和光线,这是现实生活中永恒不变的物理定律,特别是在灯光效果更为绚烂的赛道上,汽车穿梭时应该闪闪发亮。

理想中这一切都非常美好,但回到现实,反射效果的加入让整部电影的特效工作变得棘手又复杂,因为电影除了主要的角色外,还有着 75000 辆汽车角色作为观众,对象不仅多而且繁杂。

如果用传统的光栅化渲染光源,整个场景的光处理会变得异常的复杂,由于赛车是个持续移动的过程,创作者要为画面为逐个角色单独调整光影的位置,这对复杂的赛车电影来说将会是个天文数字级的工作量。

皮克斯选择了一种更为科学也更为准确的渲染方式——光线追踪。

如今,光线追踪已是游戏行业最热门的技术,是高端游戏显卡、3A 大作等发布会上必定会秀一秀的「肌肉」。在支持硬件光线追踪的联发科天玑 9200 移动芯片发布之后,光线追踪技术甚至完成了从 PC 到主机,再到移动端的全平台覆盖。

光线追踪技术看似高深,但其实早在十几年前,对于光线追踪技术还全无了解的你应该就有在大荧幕上领略过光线追踪的魅力。

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▲ 右边采用光线追踪技术渲染,可以在引擎盖上反射出眼睛的倒影

简单来说,光线追踪就像是在虚拟的画面内放置了灯源,光线会从光源射出到达物体的表面(比如闪电麦昆的车漆)后反弹,光线追踪算法会计算出每次要反射出多少光线,实现实时变化的光影效果,这是光栅化渲染难以呈现的真实感。

因此,当你看到光线在动画角色的漆面上流动时,你会下意识地将它与现实世界中的车辆联系起来,慢慢忽略掉突兀的卡通处理,沉浸到虚拟动画之中,再被故事所打动。

这也是为什么,计算机动画需要先给观众足够的沉浸感,模糊掉虚拟与现实的边界,才能拥有超越现实的表现力。

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光线追踪技术,就是人们在虚拟与现实之间搭起的一道桥梁,让两个世界的光影法则得以互通。

尖端画质的代名词

仔细回想,光线追踪技术真正走入大众的视野里,不过是近几年的事。

既然光线追踪这么神奇,为什么我们不把它早点应用到同样要大量图形渲染的游戏作品里呢?

这是因为想要在游戏里实时渲染光线追踪效果实在是太费劲了。

和动画不同,游戏里每一个镜头运动都受玩家控制,这意味着每一帧的游戏画面都必须是实时渲染输出的,以一秒 30 帧的最低流畅度画面作为标准的话,计算机的处理时间只有不到 0.03 秒。

而光线追踪计算要多久呢?

皮克斯当时在一台苹果 G5 电脑仅渲染一张用了 1.11 亿道漫射光线的图像,就花了 106 分钟。

以当时的计算机算力水平,几乎不可能在游戏中实现实时渲染光线追踪效果。

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光线追踪一时间成为了尖端计算机运算的代名词。

经过多年的算法迭代和 GPU 算力发展,如今我们终于能在《赛博朋克 2077》《蜘蛛侠》等 3A 大作里看到光线追踪技术的运用。

开启光线追踪技术后,游戏画面对光源的反射会变得更加精细,阴影的过渡也更为细腻,虚拟画面有了真实世界中的光线特性,逼真的光影效果让玩家能有更强烈的沉浸感。

光追效果的出现给玩家提供了在精细度、流畅度之外的第三维度的追求,「能不能开光追」「开光追能跑多少帧」成了如今硬核玩家对于画面真实度的新追求。

光影被人们从现实带进了油画,又在胶片中穿梭,走上了大荧幕,再在你的电脑屏幕前铺开。

经过这么多不同的载体后,光影的下一站会是哪?有可能是被你捧在手上的手机。

正如前面所说,光追是个拥有非常高计算门槛的技术,离不开强大的 GPU 算力和先进的软件算法协同工作,这对 PC 级的硬件来说都是一件艰巨的挑战,更别说是手机平台。

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但就在最近,联发科宣布已在最新发布的天玑 9200 移动芯片上完成了光追技术部署,在移动端实现硬件光追。

手机也能玩「光追」?

说起光追,你第一时间想到的可能是一个有着三风扇散热结构的庞大显卡。

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那么,联发科是怎样把一张巨大的显卡塞进天玑 9200 移动芯片里的呢?

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想要玩光追,GPU 的算力是关键。

联发科天玑 9200 移动芯片从 Mali GPU 换成了全新一代的 Arm Immortalis-G715 旗舰 11 核 GPU,从联发科在发布会上公布的数据来看,GPU 性能相比天玑 9000 有了 32% 性能提升。

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天玑 9200 不仅性能有了提升,在功耗上也表现出色,在同样的负载下功耗相比天玑 9000 降低了 41%,不仅快而且稳。

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▲ 图片来自:极客湾

在极客湾做的 GPU 性能测试中,天玑 9200 的 GPU 性能甚至赶超了苹果的 A16 芯片,摸到了移动平台 GPU 的性能天花板。

有了强大的 GPU 算力打基础,联发科可以在软件算法上有更大的发挥空间,让一些先进的图形的技术在移动端上落地。

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众人拾柴火焰高,为了将这些图形技术转化为玩家们能更直接感受到的游戏画面,联发科与腾讯的《暗区突围》游戏制作团队开展了密切的合作。

《暗区突围》作为一款围绕暗区战场设计的手游,在画面上要营造紧张、危险的沉浸式氛围,因此在设计光影效果时要更细致的打磨。

通过联发科与制作团队的深度合作,天玑 9200 在阴影、反射和环境光遮蔽等光追特效上有了很多细节上的突破。

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例如当光追效果开启时,游戏画面的阴影会像真实世界那样,因为光源的远近而出现强弱的过渡,通过阴影的「软硬度」不同可以判断出物体的大致角度和位置。

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当场景内明亮的屏幕照射到瓷砖光滑的光滑表面时,可以跟现实一样反射出屏幕的倒影,并且会因为光源的强度不同反射出相应的画面,不再是过去那样简单的贴图。

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而当光线透过玻璃等物体发生折射时,改变观察的角度,折射的细节也会发生变化,还原出真实物理世界的现象。

阴影、反射、折射,联发科在游戏画面的细节上「精耕细作」,目的就是给玩家带来身临其境的视觉体验。

玩家会注意到这些细致的地方有了突飞猛进的进步吗?也许不会,就像你在第一次看《赛车总动员》时也不会对汽车上的反射多加留意,因为这些细节在现实生活中过于常见,以至于你很难察觉到这是计算机图像的又一壮举。

但也正是这些难以察觉的细节,才能磨去了粗糙贴图等能让你感觉违和的「视觉毛刺」,让你得以全身心地投入进画面之中,只在结束时才猛然发现,自己已在虚拟世界中沉浸了这么久。

事实上,联发科为了打通手机光追从硬件到软件的全套生态,在 2020 年就已经开始与 Khronos Group 开启了 Vulkan Ray Query 技术合作。

去年的 GDC 大会上,联发科携手 ARM、腾讯游戏共同发布了基于 Vulkan Ray Query 技术实现的移动端实时光线追踪技术演示。同年,联发科推出了基于 Vulkan 拓展的移动端光线追踪 SDK。

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苦练终究修成正果,在搭载了旗舰 Immortalis-G715 GPU 的天玑 9200 上,联发科才正式将这套修炼已久的「绝学」向大众展示,揭示了更多移动端游戏的画面可能性。

对于玩家来说,光线追踪技术出现在手机上无疑能带来比以往更加逼真的游戏画面,在未来我们能看到越来越多高品质画面的游戏在手机平台上诞生,用手机随时随地游玩比肩 3A 级大作的精品手游也不再会是一句空话。

而对于开发者而言,联发科将光线追踪技术带到移动平台,为那些以画面作为主打卖点的游戏增添了又一维度的质量追求,在追求清晰分辨率、精美纹理等画面之外,可以花更多的注意力在游戏的光影效果上,带来更加写实的画面效果。

天玑 9200 移动芯片向手游玩家和开发者推开了光影世界的大门,这是手游画面的新起点,也是给内容行业种下的一颗新的种子,待它经历过几年的培育,我们也许就能在手机上体验到桌面级的高质量游戏大作。

到这里,你可能还会疑问,联发科有必要大费周章在手机上推行光追技术吗?

还原光影是人们对于现实、对于美的忠实表达,这种对美的追求一直推动着内容载体的进步。当手机成为人们最不可割舍的工具时,又有什么理由让美在此停下脚步呢?

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