《剑网3》、《战地5》、《赛博朋克2077》争相支持的光线追踪技术到底有多牛？

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是什么？给万物皆可素材包的《我的世界》披上了靓丽外衣。让终于放弃了祖传引擎的《使命召唤 现代战争》再次加入到画面的军备竞赛中。

是什么？帮助《看门狗 军团》实现了初代宣传时惊艳的光影表现。为中国之星计划里作为技术担当的《重生边缘》保驾护航。

是什么？让提前锁定半个2020年度最佳游戏名额的《赛博朋克2077》（剩下半个名额要问《美国末日 第二部》答不答应），欣然成为堂下门徒。

又是什么？让老树永远能盛开新花的《雷神之锤》系列，依然奋战在显卡推销员的第一线。

所谓革命性的图像技术，通常可以分成两种，一种是降临之日即旧貌换新颜，比如2D到3D，标清到高清，这是技术的屠龙宝刀在对新旧时代进行暴力分割；

另一种是对优化的精益求精，于无声处听惊雷，比如教会角色眼神“说话”的面部捕捉技术，或者本文将要谈到，让上面那些游戏大作如今趋之若鹜的——动态光线追踪。

一、镜中花？水中月？——什么是光线追踪？

从GEFORCE RTX2080Ti这块土豪级显卡的实名认证，到下一代XBOX主机和PS5首次正式披露时的重点提及，光线追踪（Ray tracing）作为一种计算机图像技术的特殊渲染算法，已经牢牢占据了最前沿的当下和最被期待的未来，

所谓“光线追踪”，是指利用计算机算法，对从观察者眼睛发出的光线，而不是场景内原生光源发出的光线进行追踪，并对一系列光的照射、折射或反射进行解析计算，从而真实呈现画面的视觉环境生态，最终让画面呈现出更加真实细腻的光影效果。

如果要给进入3D时代后，游戏开发者在试图还原现实中天地万物所遇到的难度由低到高做一个排名的话，大概的顺序会是光滑表面-特殊质地表面-毛发-水体-粒子特效，总之就是对象越微观，变化越无常（比如大风中的凌乱长发，炸弹炸开后的烟尘弥漫），表现起来就越困难。

假如你按照上映的时间顺序观看皮克斯早期动画电影，就会发现这条图像技术进化之路——材质单一的玩具是最早出现在观众面前的，然后才轮到长毛怪物，海底世界和活生生的超人一家。

而在所有这些被一一克服的技术难题之上，能让观看者从物质层面接受其存在的最后一投，则在于如何还原现实中的光影效果，这也是光线追踪技术之所以会通过不断完善走到今天的客观需求。为了阐述光影对于游戏画面真实性——或者更进一步说，是对于实际表现力的重要作用，我会以下面三个游戏举例：

首先，是2004年的《毁灭战士3》。作为曾经的“显卡广告片”，该作除了基础3D建模部分尽显id software业界老字号精湛手艺外，还有一个着重提及的视觉卖点便是光影效果，玩家在阴暗的室内场景里看到的不再是两眼一抹黑的视觉重金属，而是物体对于场景内光源做出“真实”反馈后，那有层次感的阴影明暗和光线折射。

然后，随着3D建模本身变得越发精细，玩家的注意力（更多也是在厂商的有意提醒下）开始向着追求真实光影效果转移。

以PS3的《GT赛车5》为例，为了与Xbox360上的同类游戏拉开距离（当时《极限竞速》系列还没有真正起飞），除了车辆建模不能有半点马虎以外，车身光线反射成了一项新的技术标杆，锃光瓦亮的引擎盖在斑驳的树荫下炫耀着自己丰富的视觉表现力，让各种物体蹭光发亮的“全环境反射贴图”从此深入人心。

当软硬件继续迭代，到《战地》系列实装寒霜引擎，将爆炸与破坏变成一种视觉艺术后，光影也得到了进一步强化，室内外场景的明暗转换（尤其是场景刚刚转换的时候），建筑物和人投在地上的影子边缘，手中武器的质感等均有不同程度提升，尤其是《战地5》宣布支持光线追踪后（如下面视频所示），就连路边的小水洼也有了自己的灵魂。

光线追踪与此前光影渲染技术的根本区别，在于无论《毁灭战士3》还是《GT赛车4》，抑或现今市面上任何一款画面出色，但不支持动态光追的游戏，其光影效果的营建，都是基于一种静态的描绘，即开发者会先确定好场景内已有的光源数量和亮度，然后通过贴图等传统手法，让玩家看到提前布置好的光线明暗效果。

光影渲染画面 VS 光线追踪画面

而光线追踪所谓的“追踪”，则是建立在硬件更强大算力的基础上，以观看者视觉接收为出发点构筑光线路径，意味着阴影也好、反射也罢、包括环境光遮蔽以及全局光照漫反射在内的所有计算都在此合而为一，将以前有限光源（简单来说就是场景中有几盏灯，它们能把场景照的多亮并随之出现多少阴影，最直观的例子就是《FIFA足球》中选择夜晚比赛时球员脚下的雪花状阴影）产生的固有光影，变成了有限光源下由上百万上千万光线通过特定算法后产生的实时动态光影，终于实现了画面渲染、画面更新与屏幕内所有的物体运动都完全吻合的“绝对”真实。

某种意义上说，光线追踪技术意味着让画面从光影效果上又往“逼真”迈进了一大步！