RTX 之後，我們離電影級畫面的遊戲還有多遠？

前段時間 NVIDIA 發布了他們最新的顯卡 RTX，這一代顯卡和上一代 GTX 10 系顯卡最大的差距是，這一代顯卡長得非常像燃氣灶，同時晶元封裝面積大幅上升，顯卡更加耗電，耗電到它的發熱使其很難放到筆記本里。

那麼為什麼老黃要做這麼一塊瘋狂的顯卡呢？因為這一代顯卡實際上在渲染單元上的提升非常小，如果 NVIDIA 憋了這麼久只憋出來這麼一個小幅提升的「新架構」，想必是很多玩家不會買賬。於是乎，NVIDIA 叫來了 EA、叫來了 SE，最終搞出了一個號稱性能有 6 倍提升的 RTX。這麼一來，N 卡能憑藉著 RTX 再續幾年的命。

當然，上面的內容一部分是調侃，不過確實這一代顯卡相較於上一代單純在渲染單元方面提升並不大，它真正的意義在於 NVIDIA 不管晶元封裝面積和耗電量也要強行塞進去的實時光線追蹤處理單元。

這個單元非常厲害，它們可以實時計算遊戲里光線的光路，進而給玩家呈現出一個渲染上非常貼近現實物理的一個逼真、寫實的畫面效果。

如果你了解電影/動畫行業，你可能會知道實際上光線追蹤這個東西很早就有了，根本就不是什麼新鮮產物，但是對於電影，電影中的 CG 往往在渲染的時候需要計算非常大量的光線來確保畫面儘可能真實，因而特效工作室往往會有「渲染農場」來專門處理畫面的渲染，一幀甚至可能就要渲染數小時。

對於遊戲來說，這是一個完全不能接受的性能開銷，一款遊戲如果要流暢，至少 30FPS 是要達到的，按照目前的所謂「電競級標準」，60FPS 以上才能算流暢。60FPS 意味著每一幀畫面的渲染時間只有短暫的那麼 0.0167 秒，如果要使用光線追蹤，那麼顯卡必須在 0.0167 秒內完成遊戲場景中大量光路的計算，這對顯卡來說一直都是一個非常重的負擔，以至於在 RTX 出現之前，沒有遊戲會使用光線追蹤。

遊戲和電影 CG 最大的不同在於，遊戲裡面每一幀的下一幀都是不可預測的，因為下一幀會出現什麼完全由玩家的行為決定，而在電影 CG 里，這可能是預編程的攝影機軌道。這使得如果光線追蹤要應用到遊戲里，計算量是要增大的，特別是突發的計算量。

因而一直以來，遊戲業界都在使用光柵化渲染的方式，利用環境光遮蔽、屏幕空間反射、基於各類演算法優化過的軟陰影來逼近光線追蹤的效果，力求凸顯一個「真實性」。

筆者依稀記得，從《刺客信條:大革命》開始，這樣的遊戲就越來越多。

然而，不管是什麼樣的 Trick 或 Hack，和光線追蹤比起來，他們還是差了不少，雖然在畫面複雜度高、各種元素雜糅在一起的時候，目前遊戲業界畫面的最高水平已經足夠欺騙你的眼睛，但是，我們還是能非常明顯地感覺到那麼一絲不真實，但我們在看很多真正用光線追蹤渲染出來的東西時卻不會有這樣的感覺，例如各種各樣的 CG 特效大片。所以，差距是有的，而且不小。

那麼問題來了，在 RTX 出現之後，我們離電影級的遊戲畫面還有多遠？

主機

說到遊戲畫面，我們就不得不提一下主機。這裡的主機並不是指你的電腦主機，而是放在客廳的「家用娛樂主機」，包括 PS4、XBox 等。

如果你是一個經常關注新遊戲的玩家，你可能會有印象，如果把時間倒退五年，那個時候的遊戲平均容量不超過 10GB。因為那個時候 PS4 和 XBox 還沒有發布，遊戲開發商在開發遊戲的時候需要兼顧當時的「本世代」主機，因而遊戲會對那些性能以及非常老舊的遊戲做「閹割性」優化，以至於 PC 版的遊戲即使硬體早已經提升上來，但是畫面還是沒有什麼飛躍性的提升。

然而在 PS4 和 XBox 發售之後，遊戲的容量瞬間提升到了 20GB 左右，遊戲的內容實際上是沒有變多的，只是遊戲中精細的模型變多了、物件變多了、貼圖變高清了，因而總體的容量大了。由於主機機能的提升，我們看到了《刺客信條:大革命》這樣壓榨主機機能的作品。

在遊戲開發商的努力下，我們現在玩到的 3A 大作畫面質量上已經有了非常大的提升，然而，PS4 的機能卻也在短短的兩三年時間裡被飛快地壓榨殆盡。

於是，這個時候索尼推出了 PS4 Pro，而微軟推出了 XBox One X，PC 端老黃拿出了 10 系顯卡。這又是一次遊戲畫面與容量的飛越，目前的 3A 大作動不動容量就要達到 40GB、50GB，同時擁有非常非常逼真的畫面。

像《神秘海域 4》這樣的遊戲，其室內的實時渲染已經可以媲美照片。在 PS4 Pro 上，頑皮狗給我們展現了當代遊戲行業最強的室內的畫面水平，在照片模式下，雖然整個畫面沒有用任何的光線追蹤，但在各種的 Trick 和 Hack 下，畫面已經非常非常逼真。

但，我們也能看到，即使是一眼看上去像是照片一樣的遊戲畫面，其中還是有非常多的不自然感。根據知乎上一些大神的說法，這實際上是 SSAO 演算法造成的，它會帶來不自然的陰影，相較於光線追蹤來說。

理論上，只要演算法進一步優化，只要顯卡的渲染單元性能能進一步提升，我們離實時的 CG 級畫面的遊戲已經非常非常近了。但，RTX 的出現改變了這一切，讓我們離真正的實時 CG 級的畫面變得很遠。

RTX

在發布會上，NVIDIA 非常得意地向大家展示了 RTX 技術在《戰地 5》里的運用。

在這款遊戲中，我們可以看到畫面的逼真程度直接抬升了一個檔次，需要注意的是整個畫面仍然是用光柵化渲染加各種黑科技演算法渲染出來的所謂「真實畫面」，但 RTX 的加入使得遊戲中的反射效果變得非常逼真。

在遊戲里，RTX 可以實時給我們呈現非常逼真的水面倒影，以及金屬等材質的反光。由於 RTX 是實時計算的，所以我們可以在車輛的側面看到反射出來的、動態的火光。

這一切使遊戲變得越來越真假難辨，因為光線追蹤完全是模擬光線在現實世界中的傳播路徑來計算光照效果，因而光線追蹤帶給我們的畫面永遠是最最真實的。NVIDIA 這一舉動似乎是想逐步把光線追蹤帶到遊戲里，帶到遊戲的實時渲染中，最終和電影行業、設計行業一樣，用光線追蹤取代掉傳統的光柵化渲染。

由於 RTX 中有一些 NVIDIA 的獨有技術，所以 NVIDIA 可以在未來的很長一段時間靠抬升 RTX 的性能繼續大賣特賣自己的消費級遊戲顯卡，和遊戲廠商合作來壓榨玩家的錢包。

然而，RTX 目前仍然只是作為一種特效加入到遊戲里，遊戲基本的渲染仍然還是用光柵化進行，這意味著 RTX 只是一個甜品，目前還並沒有成為主食。

為什麼呢？因為目前實施光追的算力還完全不夠，想要徹底取代掉光柵化渲染，把現在實時光追的性能抬升 10 倍都是不夠的，目前的光線追蹤也只能勉強保證遊戲在 1080P 下跑到 60FPS，這已經是目前最強的實時光追的性能了。

現在的遊戲（特別是寫實的 FPS、RPG 遊戲）場景非常複雜，以至於大量採用光追計算會造成遊戲整體光照方面的計算量變得非常非常巨大，同時遊戲還要考慮到玩家的動作的突發性，這使得遊戲的光追往往會產生比較多的無效計算，但是，很多無效計算是必須要計算的，因為如果不計算，玩家的突發性動作可能是災難性的。

而且在遊戲里，人工的定向光源使用的非常泛濫，在目前的遊戲里，可能使用一個體積光就能解決，而如果是光追的話，一個這樣的光源就可能會發出數十萬條光線，產生的計算量異常恐怖。

因而，目前的光追，只能成為一個甜品，然後慢慢地取代掉原先的 AO、陰影等等等等，直到硬體水平能跟上的那一天，徹底取代掉傳統的光柵化渲染。在筆者看來，由於目前硬體性能發展不可避免地瓶頸（主要是性能、價格、功耗三者之間難以平衡），這個過程可能要長達 10 年。

NVIDIA

對於 RTX 技術，目前筆者不持非常樂觀的態度，為什麼呢？因為真正的下一代遊戲平台是 VR，而上一代 GTX 10 系的顯卡在 VR 上的性能並不好，因為 VR 的特殊性，畫面一定要儘可能保證至少 2K 級的 60FPS，甚至是 90FPS、120FPS，這對顯卡的渲染單元來說是巨大的負載。

目前的 VR 往往仍然還有很強的紗窗效應，這是因為 VR 屏幕解析度跟不上導致的，根據專家的計算，VR 如果想要徹底解決掉紗窗效應這個問題，4K 解析度都是遠遠不夠的，雙眼合計解析度要達到非常恐怖的 16K，才可以幾乎察覺不到紗窗效應。目前 RTX 系的顯卡，在 4K 的 VR 遊戲中，還是會非常吃力。