光線追蹤技術距離移動端還有多遠

游芳苓

處于風口當中的光線追蹤技術，正被不少業內人士視為3D圖形領域的一次跨越性變革，并有望在移動端進一步鋪開。芯片IP公司Imagination首席營銷官David Harold表示，光線追蹤是過去10年3D圖形處理領域最令人興奮的進展，很多公司都想要這種技術，但并非每個人都能理解它。他相信未來幾年使用光追技術的設備會明顯增加。

所謂光線追蹤，是在計算機中模擬光線的傳播、反射、折射等物理現象，呈現符合物理規律的光影效果，能表現出符合真實世界的畫面。該技術近年在游戲領域應用較多，特別是在光線反射比較復雜的情景下，光線追蹤確實對畫面表現有非常明顯的提升。

目前，英偉達、AMD、英特爾3家桌面GPU廠商已經支持硬件層面的光線追蹤技術，并將其應用于電腦、游戲主機中。在移動端上，Imagination是最早對光線追蹤進行技術投入的，此前曾公開展示了借助開源游戲引擎O3DE采用IMG CXT GPU硬件加速的光線追蹤解決方案。

但光線追蹤在移動端仍屬較新領域，原因在于該技術對算力要求極高。以往硬件選擇的折衷方案是通過軟件層面進行模擬，但效果不夠理想。“移動設備總是會受限于面積和功耗預算，我們需要一個具有高效架構的解決方案，以降低功耗。David Harold稱，基于Imagination的光線追蹤架構，光線追蹤在智能手機等低功耗嵌入式設備中不僅可行，而且夠快。

Imagination已經在光線追蹤的解決方案上發展了10多年，但在最近幾年才開始授權。David Harold表示，對于移動開發者來說，新技術總是需要一些時間來跟進，而移動硬件的生產也需要時間。

Imagination推出了一套光線追蹤等級系統（Ray Tracing Levels System）以提供不同級別的解決方案。其將現有的光線追蹤技術分為0～5級，讓光線追蹤可在不同的性能和效率等級下執行，同時幫助開發者了解光線追蹤技術方案。

在傳統游戲的圖形渲染處理中，對于光線的處理仍是以光柵化渲染為主，但光柵化作為一種取巧的手段，需要大量的手工設置，且最終只能在視覺上接近真實，并不遵循物理規律。就如省略了計算光線的步驟后，同一個場景里各種物體之間不會有任何光影關系，比如鏡面和水面呈現的光線反射和折射效果，單靠光柵化就無法實現。

英偉達創始人黃仁勛曾稱光柵化已使圖形技術受限，這也是該公司在消費級市場力推光線追蹤技術的原因之一。光線追蹤模擬光線的傳播，電腦只渲染光線打到的地方，因此僅需要很少的人工編程，比光柵式渲染簡便很多。

David認為，光線追蹤可以給某些視覺效果帶來一些明顯的優化，而光柵化更強調游戲體驗。為此，Imagination也提供混合渲染方案，結合了光柵化和光追，使開發者可以在游戲畫質和性能之間找到最優解———充分利用硬件光追核心生成更好的畫質，同時在不影響畫質的情況下更多使用光柵化以提高性能。

但移動圖形渲染大幅采用光線追蹤技術仍有不少問題待解。顯示分辨率增長，圖形精細度提高，對于GPU的計算能力需求不斷加大，如何平衡好諸多要素間的關系，成為圖形技術公司的研究課題。

目前，名為“超分辨率”的圖形技術得到主流公司的采納。該技術基于人工智能，將低分辨率的圖像增強為更高分辨率的圖像，以便在更高分辨率的計算機顯示器上顯示。David Harold提及，Imagination的神經網絡加速器核心能夠根據需要實現超分辨率等多種圖像增強功能。

成本也是一個需要考慮的因素。從近年游戲行業對光線追蹤的應用和反饋來看，傳統光柵化渲染作為行之有效的技術方案，在流程上相當成熟，仍是游戲、影視渲染類公司的主流選擇。有游戲開發者表示，除非新的渲染方案可以帶來功效的明顯增加，否則在開發中對于新型渲染方案仍會采取謹慎態度。

好在隨著光線追蹤近年在桌面端的持續推廣，包括合作伙伴、硬件、開發者生態均已就緒，像微軟最新的圖形開發接口，以及虛幻、Unity等游戲引擎對光線追蹤支持已十分完善，拓展至移動端水到渠成。David Harold稱：“就功能而言，移動端和桌面的光線追蹤差別不大，我們所授權給桌面和移動設備的光追技術是相同的。”

不過，這并不意味著在移動端光線追蹤技術可以達到桌面GPU的水準。David Harold也強調，一件設備的光追性能取決于能為光追投入的芯片面積，因此桌面和數據中心的性能提升空間大于移動和平板電腦。

對于未來光追技術的發展，David Harold表示，目前客戶開始更多地討論采用Imagination光追技術的產品，預計未來幾年使用光追技術的設備會明顯增加。