四、结语:光线追踪开启新革命 前景可期

20年前，显卡的图形性能非常有限，玩家看到的3D游戏画面满屏充斥着方块和马赛克，只有在过场CG动画中，才能看到赏心悦目的3D动画。想要让游戏的实时画面效果和CG动画一样，这在当时是想都不敢想的事情。在PS2将机能提升50倍之后，实时游戏画面慢慢的开始接近CG画面。而今，3A游戏的画面特效以及精细程度已经远远超过了20年前的CG动画。

同样的，当我们在IMAX影院沉醉于科幻大片所展现的绚丽的光影世界的时候，可曾想过3D游戏也能呈现这样的画面呢？

传统的光线追踪技术是以光源为起点定义光线，进而追踪由此产生的光线与物体表面以及光线与光线之间交互关系的过程。但该技术目前实现起来非常困难，因为这一技术需要无限多的光线照射在物体表面，通过反射、折射、漫射等途径进入最终的“摄像机”成像。这一过程需要耗费大量的算力且会有大量光线损失。

因此，即便拥有超级计算机算提供强大的算力，科幻大作的逼真光影特效也并非实时生成，它的每一秒、每一帧画面都需要耗费巨大的算力和漫长的时间才能制作完成。于是当人们最初在谈论实时光线追踪游戏时，曾断言20年内之内不可能实现。

然而没有什么是不可能的！从2008年开始，NVIDIA的工程师经过10年的研究，提出了一种新的Ray tracing理念，即是通过进入“摄像机”的光线，来回溯寻找光源。大部分从光源发出被折射或者漫反射不被玩家所看到的光线将不会被运算，这种思路将需要实时计算的光线数量降低了数十倍。这还不够，NVIDIA又在Turing游戏卡中加入了RT Core（光线追踪计算单元），RTX 2080 Ti只用了68个RT Cores就能提供十倍于4352个CUDA Cores的光线计算能力。通过这些努力，使得实时光线追踪技术至少提前十年成为现实。

术业有专攻，正如同GPU取代CPU来进行3D特效画面计算是必然，想要实现实时光线追踪，必须用RT Core来取代CUDA Core来进行光线计算。

回到《战地5》这个游戏。说实话，现在的光栅化渲染已经非常高级了，可以向大家展示逼真的光影特效，因此要在这个游戏中要找到有非常明显的光追效果的画面不是那么容易。在打开DXR之后，游戏的帧率出现了断崖式的下跌，在1080P分辨率下，三张图灵显卡基本上能保证60FPS的帧率。但是到了4K分辨率下，就算是RTX 2080 Ti，在开启光追之后，帧率也只有42FPS，游戏时的流畅度所有欠缺。

毕竟《战地5》是第一款光追游戏，略带有实验性质，它绝非光线追踪的最终模样。不过在游戏中我们也感受到了光栅化渲染的局限性，出现了非常多的不合理甚至是完全错误的阴影。在开启DXR效果之后，一切的光影都变得真实，并且出现了很多以前没有见过的反射、折射以及各种相互影响的光影特效。实时光线追踪技术继续发展下去，要呈现科幻电影般的光影世界已经是可以预期的事情。

目前实时光线追踪暂时的困境让人联想到了抗锯齿技术。早期的3D游戏画面满屏的狗牙让人难以忍受，抗锯齿技术最初是以超级采样的形式出现，虽然消灭了锯齿，但是游戏帧率却下跌了75%。随着硬件性能的不断发展，而今抗锯齿技术已经成为了3D游戏必不可少的画质选项。

在7nm、5nm、3nm制程工艺的成熟之后，光线追踪在帧率方面的问题最终会得到改善。对于开发者而言，合理的利用光线追踪技术也能大大降低游戏开发与设计的难度。最近微软也将光线追踪作为技术规范纳入到了最新版本的DirectX之中，AMD跟进也是迟早的事情。

相信光追必定不会是第二个Physx，因为玩家对于美好画面的追求永远都不会停止。