游戏画面距离“电影级画质”还有多远?

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  另外一个在电影和CG动画当中时常能见到,但是在游戏中比较难做好的效果,是薄雾和体积光。
  在这就还得提一下1982年的《银翼杀手》。这部电影总要被拿来说事,因为它确实是电影画面表现的一个太经典的案例了。在《银翼杀手》出现之前,没有电影在画面上能有这样的质感。而在《银翼杀手》上映以后,所有的科幻片,多少都带一点它的影子。
  《银翼杀手》画面的最核心,就是对丁达尔效应登峰造极的运用。所谓丁达尔效应,其实是这么回事:在起雾的大气中,布满了微尘和水珠。如果有光线从雾中穿过,就会照亮这些微尘和水珠,形成类似“圣光”的光线通路。但是《银翼杀手》独树一帜的,不只是光,更多的是由光照所造成的阴影。阴影的部分会形成通常在画面设计中会被叫做“负空间”。这部分负空间,也存在画面张力,有时甚至比正空间更有力量,但是又往往会被忽视。
  在《银翼杀手》中,导演莱德利·斯科特有意识将负空间作为画面语言的重要部分。以这个镜头为例,画面中人物、桌面和电扇的暗面,加上它们的阴影,整体构成了一个足够有分量的负空间。这个负空间和丁达尔光构成的亮面构成了鲜明的对比。同时,布满房间的雾气又弱化了这种对比,让画面显得特别朦胧梦幻,让观众可以直接感受到人物的迷惘和怅然。
  这种画面在游戏中也很难运用。原因很简单:传统的光栅化渲染,对带有一定面积和形状的光源的投影特别头疼,只能是“简单粗暴”地当作点光源来处理,或者要预先烘焙好阴影贴图。前者投影的感觉总会差点意思,后者则只适合相对静态的场景,一动起来就要穿帮。
  为了不让阴影面一面漆黑,还需要在背后添加补充光源,增加AO贴图的细节。再考虑到薄雾带来的散射和光线衰减,想要在光栅渲染里用《银翼杀手》的方式在正负空间上做文章,实在是难上加难。所以游戏中的体积光不少见,但是有《银翼杀手》那种感觉的就要少见得多。

光线追踪


  在两年前,NVIDIA上市RTX 20系列显卡,首次为实时光线追踪游戏提供可用的硬件支持,之后新一代的RTX 30系列显卡,又将光线追踪的性能提升了一个台阶。在这些新技术硬件的辅助下,一些原本在光栅化渲染中无法应用,或者成本高昂的效果,也可以逐渐在游戏中见到。
  这种变化在最简单的游戏里看得最直观。像是2020年上市的RTX版《我的世界》,只需要日光的折射和反射,就能把山洞塑造得无比真实。普通玩家,也可以按照自己的方式去塑造光影的感觉。而在传统光栅渲染的游戏里,做出这种感觉,需要专业的场景设计师花费大量的时间和精力,而且很可能换个观看的角度就穿帮了。
  此外,如果想在光栅渲染中让屋内的光线随着日光变化,并且投射正确的阴影,通常需要一整套预渲染的全局光照贴图和阴影贴图。而在光线追踪的辅助下,这个步骤直接就省略了。
  当然,开启这样的效果对显卡有一些要求。《赛博朋克2077》作为近期最重头的一部作品,也是光线追踪应用的一个例子。
  单独拆开来看,开启光线追踪所带来的提升有时不能一眼就能看出来。但是在一款开放世界游戏里面综合起来,确实是两种完全不同的體验。像是霓虹灯、水面反射、人物阴影这些效果,开启光线追踪之后,非常自然地和环境融合,玩家甚至注意不到它们的存在。但是一旦关闭光线追踪,就会发现原来这些效果可以这样突兀,甚至到了破坏游戏沉浸感的程度。
  不难想象,这只是一个开始。当游戏行业对实时光线追踪渲染的开发逐渐步入正轨,游戏也终于能像CG动画一样,从电影表现手法的宝库中取经。大的游戏团队可以利用光线追踪提高工作效率,而小的独立开发者也可以实现过去负担不起的画面表现。那时,游戏画面距离真正的“电影级画质”的普及,就不远了。

结束语


  如果有一天,光线追踪的各种效果,像PBR材质一样形成固定的工业流程和范式,游戏的画面细节,也一定会达到一个新的高度。开发者如果想要实现某个电影里的气氛,只需要调好镜头,设置好光源和体积雾,就能可靠地模拟出电影里的效果。
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