《漫威蜘蛛侠》光线追踪分析：现阶段光追会做出怎样的平衡？

作者 Liffy_Island 编辑 Liffy_Island 2020-10-05 13:18:47

还有很长的路要走。

近期开发商 Insomniac Games 放出了《漫威蜘蛛侠 Remastered》和《蜘蛛侠迈尔斯·莫拉莱斯》的实机演示片段。游戏技术分析媒体 Digital Foundry 深入详解了两个片段，解答为何有些效果看起来不是很理想。（笔者注：本文结合了 Digital Foundry 文章和视频两部分内容而成。截图皆来自 DF 的视频）

先说基本情况。《漫威蜘蛛侠》在 PS5 上有 4K+30 帧高画质模式和 60 帧高帧数模式。高帧数模式依然使用了 PS4 版本的屏幕空间反射技术（SSR），该技术只能针对屏幕画面里的物体进行反射，画面之外的物体就束手无策，会导致视觉表现不连贯的问题。

而高画质模式采用了光线追踪反射（ray traced reflections），还有光线追踪环境光遮蔽（ray traced ambient occlusion，下文简称 RTAO）。RTAO 因为通过视频或者截图是很难向观众展现出来，因此不作为本次重点讨论部分，但总之 RTAO 可以提供诸如僻暗的角落这种地方更加真实的黑暗效果。

光线追踪反射原理

光线追踪确确实实带来了画面提升，但截图展现的效果还是有瑕疵。光线追踪的表现过程和帧数表现之间敏感度很高，而开发者受制于有限的资源去实现光追效果。效果不够理想具体要从光线追踪反射的原理出发来进行解释。

光线追踪反射大约分成四个步骤。我们用 4K 30 帧画面进行讨论，这样每一帧的运算时间是 33.3 毫秒，假设其中 8 毫秒用户光追反射运算。（笔者注：此处和下文的所有运算时间仅为理论模型，帮助读者更好地进行理解，并非实际数据）

第一步，光追反射基于能从任何方向发射出来的光而实现——可以从屏幕画面以外的地方发出，以及非常非常远的地方发出。游戏需要生成一个简单易读的版本场景来给后续的步骤做计算。越庞大越复杂的细节，越多动态的物体，那就需要越多的 GPU 时间来生成它。

第二步就是光线追踪了，也是有专门硬件进行加速的步骤。光线照射到第一步建立好的简单版本场景。为了准确绘制出与几何体的碰撞，所有场景里的物体周围都有一个看不见的长方体轮廓。当光线打到了一个物体的轮廓上，就会被标记为后续需要着色的地方。越多数量的光线，越多数量的物体，就会有越多的碰撞，由此带来更长的处理时间。

第三步就是给第二步标记的像素点着色。越多击中的像素点，以及越复杂的着色方式，就需要 GPU 更长的处理时间。因为光线的数量是有限的（跟现实世界中近乎无限的光无法比拟），最终结果会看起来很粗糙，充满了噪点。所以还需要最后第四步对画面进行降噪处理。最终，呈现出更加真实令人信服的反射。