AIC TOP之作！iGame970烈焰戰(zhàn)神X評(píng)測(cè)
每一個(gè)行業(yè)都有自己的“圣杯”，例如能源方面的核聚變、醫(yī)藥方面的癌癥特效藥以及空間探索方面的超光速推進(jìn)力。 任何領(lǐng)域中“圣杯”的定義都是難以實(shí)現(xiàn)和代價(jià)高昂的，或者完全是科幻產(chǎn)物。也許這就是我們之所以對(duì)此心馳神往的原因所在。
計(jì)算機(jī)圖形領(lǐng)域的“圣杯”就是“實(shí)時(shí)全局光照”。全局光照是一種渲染游戲環(huán)境的方法，它通過(guò)模擬光線(xiàn)的行為，從而體現(xiàn)各個(gè)表面之間的光線(xiàn)反射效果。然而以光子級(jí)別進(jìn)行自然仿真處理是一項(xiàng)代價(jià)高昂的事業(yè)，電影中僅僅是有選擇地利用全局光照來(lái)渲染復(fù)雜的CG場(chǎng)景，就是因?yàn)檫@個(gè)原因。
這一情況即將有所改變。憑借次世代Unreal Engine 4（虛幻4）引擎，游戲?qū)⑹状尉邆鋵?shí)時(shí)全局光照渲染效果。而這項(xiàng)技術(shù)是由NVIDIA圖形工程師與EPIC開(kāi)發(fā)者共同完成的，NVIDIA將其稱(chēng)為Voxel Global Illumination（VXGI，立體像素全局光照）。
● 什么是全局光照？它為什么對(duì)游戲逼真度來(lái)說(shuō)如此重要？
首先來(lái)看一組對(duì)比截圖：
傳統(tǒng)直接光照效果
全局光照效果
區(qū)別很明顯吧？通俗的講，直接光照就是簡(jiǎn)單的模擬一個(gè)或多個(gè)光源的照射效果，在相應(yīng)的位置投射出光和影；而全局光照就是考慮到了光線(xiàn)的直射與盡可能多的漫反射效果，最終呈現(xiàn)出來(lái)的光影效果更接近于現(xiàn)實(shí)世界。
全局光照指的是對(duì)場(chǎng)景周?chē)饩€(xiàn)反射的計(jì)算。全局光照負(fù)責(zé)制作出現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的許多細(xì)微著色特效、氣氛以及有光澤的金屬反射效果。自1995年在虛幻1中采用實(shí)時(shí)直接光照以來(lái)，虛幻4引擎中的實(shí)時(shí)全局光照是在光照方面實(shí)現(xiàn)的最大突破！
● 在沒(méi)有全局光照技術(shù)之前，游戲是如何實(shí)現(xiàn)更逼真光影效果的？
也許有人會(huì)說(shuō)了，現(xiàn)有的游戲其實(shí)光影效果還是不錯(cuò)的，并不像上圖1所示那么差。沒(méi)錯(cuò)，上圖的對(duì)比是比較直接的、沒(méi)有附加特效的，其實(shí)游戲中還有其它的方法來(lái)提高畫(huà)面真實(shí)度，最常見(jiàn)的就是Ambient Occlusion（AO，環(huán)境光遮蔽）技術(shù)。
目前非常先進(jìn)的水平環(huán)境光遮蔽技術(shù) (Horizon Based Ambient Occlusion，HBAO)
但不管是什么級(jí)別的AO，都是對(duì)光照與陰影的一種模擬，可以說(shuō)是預(yù)處理，開(kāi)發(fā)者認(rèn)為此處的陰影的顏色應(yīng)該深一些、或者淺一些、或者柔和一些，所以才會(huì)加上去的，而不是通過(guò)復(fù)雜的光影算法來(lái)直接生成的。
● 喜歡濃妝艷抹還是清新素雅？
我們知道傳統(tǒng)的圖形渲染分為立體建模（頂點(diǎn)著色）和像素著色兩個(gè)部分，其中像素都是2D平面狀的，平鋪在模型表面，而光影效果都是需要預(yù)先計(jì)算每個(gè)像素的光照或陰影，就是根據(jù)游戲的需要來(lái)改變像素顏色。
這種對(duì)每個(gè)像素反復(fù)進(jìn)行涂抹修飾的做法，既不逼真、也很低效，因?yàn)橄袼仫@示的并不是真正的光影效果，而是我們認(rèn)為應(yīng)該顯示的效果，而且越來(lái)越多的預(yù)處理特效對(duì)GPU的ROP（光柵單元）和顯存造成了很大的負(fù)擔(dān)。
● VXGI立體像素全局光照：2D平面像素變?yōu)?D立體像素
NVIDIA使用了一種非常巧妙的方法，從根本上改變了虛假的光影處理流程。
傳統(tǒng)游戲中，所有間接光照（某一表面反射出來(lái)的光線(xiàn)）是預(yù)先計(jì)算的，存儲(chǔ)于有光線(xiàn)貼圖之稱(chēng)的紋理內(nèi)。光線(xiàn)貼圖讓游戲場(chǎng)景能夠具備類(lèi)似全局光照的效果，但是因?yàn)樗鼈兪穷A(yù)先計(jì)算的，所以只在靜態(tài)物體上有效。
VXGI完全拋棄了將光線(xiàn)貼圖存儲(chǔ)于2D紋理中的做法，而是將其存儲(chǔ)于立體像素中。立體像素就是三維像素，它具有體積，類(lèi)似于樂(lè)高積木。
立體像素采用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)分布，以便能夠?qū)ζ溥M(jìn)行高效地定位。當(dāng)渲染一個(gè)像素時(shí)，它能夠有效地詢(xún)問(wèn)立體像素樹(shù): “哪一個(gè)立體像素對(duì)我來(lái)說(shuō)是可見(jiàn)的？”根據(jù)這一信息，就能夠決定接收的間接光線(xiàn)數(shù)量（全局光照）。
VXGI完全消除了預(yù)先計(jì)算的光照，以存儲(chǔ)于樹(shù)狀結(jié)構(gòu)的立體像素取而代之，這種樹(shù)會(huì)根據(jù)每一幀而更新，所有像素均利用它來(lái)收集光照信息。
● VXGI立體像素全局光照：每顆立體像素都是“手電筒”
現(xiàn)在到了最關(guān)鍵的地方，立體像素看起來(lái)好像比馬賽克更加稀疏，但是所有可見(jiàn)的立體像素都可以執(zhí)行錐形聚焦光線(xiàn)追蹤（給出起點(diǎn)、方向和角度），這樣就能沿著小范圍的錐形路徑生成大致的光線(xiàn)漫反射效果。
每一個(gè)立體像素都可以進(jìn)行多個(gè)錐形追蹤，游戲中需要根據(jù)實(shí)際光源的大致方向及反射表面的情況，來(lái)設(shè)定錐形范圍及追蹤數(shù)量。
實(shí)現(xiàn)最終的效果沒(méi)有捷徑，就是通過(guò)GPU強(qiáng)大的運(yùn)算能力，讓錐形追蹤足夠快，以使我們能夠?qū)崟r(shí)地對(duì)每個(gè)立體像素執(zhí)行一次或多次追蹤。對(duì)每個(gè)像素執(zhí)行六次寬幅錐形追蹤 (每個(gè)主要方向各一次) 會(huì)生成大致的二次反射間接光照效果。以鏡面反射方向執(zhí)行窄幅錐形追蹤能夠呈現(xiàn)金屬反射效果，在這種反射效果中，每個(gè)有光澤的表面都能夠反射出整個(gè)場(chǎng)景。
● 虛幻4引擎完美支持VXGI，Maxwell顯卡運(yùn)行效率更高
值得一提的是，VXGI提算全局光照技術(shù)嚴(yán)重依賴(lài)于GPU的浮點(diǎn)運(yùn)算（通用計(jì)算），而不是傳統(tǒng)的圖形流水線(xiàn)，因此大大減輕了GPU光柵單元的負(fù)擔(dān)。另外，NVIDIA稱(chēng)Maxwell架構(gòu)對(duì)VXGI的運(yùn)算進(jìn)行了針對(duì)性的優(yōu)化，新一代顯卡在執(zhí)行體素全局光照時(shí)的效率會(huì)更高。
VXGI現(xiàn)已加入U(xiǎn)E4豪華DEMO
虛幻4引擎已經(jīng)完整支持了VXGI技術(shù)，最新的虛幻4技術(shù)演示Demo已呈現(xiàn)除了非常驚人的光照效果，不久之后，將會(huì)有一大批使用虛幻4引擎的游戲大作問(wèn)世，屆時(shí)Maxwell架構(gòu)的顯卡將會(huì)有更佳的性能表現(xiàn)。
關(guān)注我們
