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*全文约 7000 字，阅读大约需要 15 分钟。
随着图形技术的发展，开发者对游戏表现形式的追求也愈发旺盛，游戏不仅仅要影视化，还要超越影视。此时的图形技术要达到电影的水准还有很长的路要走，而游戏也有一个电影不可替代的优势----交互性。基于这个理念，一种新的游戏类型应运而生。
2010年，互动式电影《暴雨》发售。其实，早在开发阶段《暴雨》就已经引起了业界和玩家群体的关注，在2006年E3游戏展上，开发团队展示了一段角色面捕和动捕的演示视频，这段DEMO极其精美，大幅超越了业界同期水平。为了做到这一切，制作人大卫·凯奇甚至使用了《阿凡达》同款设备Giants光学捕捉和Faceware面部捕捉系统。在此之前，动捕数据需要动画师手动导入模型后才能看到效果，而这套系统的先进之处在于，导演能够在屏幕上直接观看由捕捉数据实时生成的数字演员的表演。
阿凡达片场的实时面捕
可以说也是从此时起，游戏剧情的制作和演出开始向同级别电影看齐，《暴雨》出色的剧情和角色细致的演出都为玩家展现了游戏的另一种可能性，后来的《超凡双生》更是受邀参与翠贝卡电影节，游戏和电影的界限被进一步模糊。
在2010年，3D游戏还迎来了另一个重要技术——曲面细分。
和绝大多数图形技术一样，游戏界从来就不是第一个吃螃蟹的人。现代曲面细分可以追溯到1978年的Catmull-Clark细分算法。在当时，为了解决3D图形中生成平滑曲面的问题，学术界发表了一项研究。这项研究的核心非常简单：既然计算机画不出绝对的曲线，那就用暴力手段将多边形反复切分插值磨平，直至看起来像是光滑的曲面。这本质上是一种递归算法，就像无限边数的正多边形最终都会趋向于圆形一样。
但是，当时的PC实在是太慢了，无法处理这种复杂计算。这个理论在此后的十几年里都只能停留在离线渲染阶段。时间推至2001年，ATI开始了曲面细分的第一次商业化试水。它推出了一项名为TruForm的技术，主打的是让游戏里的女性角色身材“凹凸有致”。但一方面，以那个年代的图形水平，即便是再凹凸的女性角色都很难勾起玩家的兴致；另一方面，当时的DX8.1标准还不够完善，驱动兼容性差，游戏开发商嫌它难用且BUG多。最终，这个短命的技术很快就被市场抛弃了。
哦我的老天爷，我宁愿看劳拉的三角胸也不要看这个
直到8年后DX11的发布，曲面细分才迎来了正式普及。然而曲面细分的推广并没那么顺利，其中很大程度上要归功于一个捣乱分子。
DX11
2011年，Crytek发布了新一代显卡杀手《孤岛危机2》。相较于该工作室以前的每部作品都以一种要颠覆当时图形界上限的姿态，这次的新作从发布伊始就备受争议，其中最大的讨论之一就是关于曲面细分的滥用。这并非空穴来风，《孤岛危机2》的曲面细分应用可谓逆天，一个普通的水泥墩子，都被细分到十几万个多边形。问题在于，十几万面的水泥墩子在视觉上和几百个面的几乎没有什么差别，更不用说有什么游戏性提升了，这些多边形可以说就是白白浪费显卡资源而已。
《孤岛危机2》让开发者开始质疑这项技术是否依然是伪需求，但一个正面例子很快出现在了大家的眼前。同年10月25日，《战地3》发布。与《孤岛危机2》不同，同样应用了曲面细分技术的《战地3》将好钢用在刀刃上，在画面与性能上实现了完美的平衡。但成就《战地3》的不仅只有曲面细分，另一项革命性技术也功不可没----这就是实时全局光照。
当然实时GI并非《战地3》首创，甚至连最初的应用现在都有争议（有说是在2007年的《孤岛危机》上最初应用），但在大型多人游戏中实现稳定高效的动态GI，《战地3》还是首次。《战地3》采用了Geomerics公司开发的Enlighten引擎，其思路是在场景中预先放置数百个探针，每个探针提前烘焙各个方向射入的光照信息，运行时通过插值计算间接光照。《战地3》的这套系统高明之处在于，它可以根据场景需要更新探针信息，这就使得当室内场景被破坏暴露后，位于室内的探针不至于穿帮。正是因为对技术的追求和细节的打磨，直至今日《战地3》都在战地社区有着极好的口碑。
随着PS3时代逐渐走向尾声，最后一批榨干PS3机能的游戏诞生出来，其中有两部作品最为亮眼，其一是《最后生还者》，而另一部就是我们本篇的主角之一----《GTA5》。
2013年发布的《GTA5》可以说是开放世界游戏的集大成者。R星自研的RAGE引擎使得无感加载的超大型城市不再是幻想，而其多主角无缝切换系统至今仍是游戏界的标杆，这一切都是建立在PS3那可怜的512MB内存上的。时至今日很多玩家仍然认为，以PS3的硬件带动《GTA5》本身就是一种奇迹。但是《GTA5》有一个硬伤，以至于2025年发布的搭载RTGI的次世代版依旧显得有些过时，这个硬伤就是PBR材质的缺失。
PBR全称基于物理的渲染，顾名思义它的核心理念即让渲染器中的材质光照遵循真实的物理定律，这也是图形学的核心之一。在传统渲染（如Phong）中，材质的细节依赖美术手动调参，打比方说，为了让一个物体看起来像金属，美术需要在高光贴图里画一个亮白色的高光，同时把漫反射贴图画成深灰色。这种方式不仅耗时，还非常考验美术的技术，这也是为什么许多老游戏中，金属根本不像金属，而更多是像抛了光的塑料的原因。另一方面，在不同的灯光环境下，这些统一的美术资产不可避免地会穿帮。PBR就没这个问题了，只要材质参数设定正确，无论放在什么场景中，它都能自动呈现出正确的视觉效果。
金属度和粗糙度
2012年，迪士尼发表的题为《迪士尼的BRDF着色》的论文，提出了一套用“金属度”“粗糙度”等参数控制材质的方法，PBR工程规范终于被确立了下来。这套方案很快被Epic看中，并于2013年在虚幻引擎4全面采用。
UE技术总监在SIGGRAPH2013上展示基于迪士尼方案的BRDF
赶时髦的厂商除了Epic外，还有DICE。没错，就是今天那个混吃等死的DICE。彼时的DICE永远走在时代技术力的巅峰，它的最新作品《战地4》依旧贯彻了这一点。考虑到DICE和战地的篇幅已经够多了，而且之后还会不可避免地出现，这个时期的代表我们不妨让给另一位候选者，但我肯定这个游戏为玩家带来的震撼绝不亚于《战地4》。这个游戏就是2014年发布的《刺客信条：大革命》。
2013年，随着新一代主机PS4和Xbox One相继发售，游戏画质大战又一次被推向了白热化。两台主机的GPU都基于AMD的GCN架构，性能大幅提升。更重要的是，它们第一次为开发者提供了统一的内存架构----CPU和GPU可以共享8GB GDDR5内存，不必再像PS3时代那样反复搬运数据。这也意味着开发者可以将更细致的贴图，更复杂的模型直接塞进显存。硬件性能的提升催生出了第二次游戏画质革命（第一次是2D到3D的革命）。育碧显然也嗅到了这股浪潮。
为了尽可能还原18世纪的巴黎，育碧派了一队历史学家和摄影师，用激光扫描和摄影测量法，对巴黎圣母院进行了1:1还原。为了进一步的提升光影质量，《大革命》采用了VBGI方案，但考虑到性能因素，育碧最后将GI直接烘焙到光照贴图中，而像NPC这些动态的元素，育碧则使用了预烘焙的探针辅助。但是《大革命》中的时间不是一成不变的，为了各时段的光照需要，育碧甚至烘焙了多套贴图和探针实时切换！这么做虽然可以性能是省下来了，但也不可避免地导致游戏体积剧烈膨胀。育碧透露，《大革命》光是巴黎市区的光照缓存就超过20GB，如果要应用到更大的场景中，这套方案显然是行不通的，但对于《大革命》来说，这可能是最优解。不过真正让《大革命》载入史册的，还要数其人群系统。
室内GI
《大革命》所用的AnvilNext引擎支持在同场景中渲染至多12000名NPC（理论），但在《大革命》中，这些人群不是什么背景板，还要能够实时互动，这就给开发带来了巨大的挑战。为了这个目标，开发者最终将同屏人数限制到100人，并采用了一项关键技术，育碧将其称为“牧羊人”。简单介绍这项技术，我们在游戏中看到的NPC并不是一个个个体，而是一群NPC捆绑起来的网格，当玩家需要和某个NPC交互时，这个NPC会被单独拆分出来播放预制的动画，而当需要大范围交互时，就由这个网格的首领，也就是刚刚说的“牧羊人”来发号施令，同时，人群种类以及刷新位置也由牧羊人来控制，这使得CPU的压力被大幅解放。为了更多地榨取性能，这些人群网格会在玩家视线远离该区域后迅速无缝腾挪到玩家看得到的区域，这样一来也就不存在“刷没”的概念了。另外游戏还引入了一套特殊的LoD系统，和传统LoD不同，它还做到了可交互等级的切换，受限于篇幅就不过多展开了。
震撼的人群系统
这些优化共同缔造了《大革命》超越时代的画面品质，但正是因为这些过于激进的尝试，《大革命》的首发优化堪称灾难级，商业上迎来了滑铁卢。不过《大革命》的工作流也为游戏界打开了新大门，也是从这时开始，摄影测量法开始广泛普及，2015年的《星球大战：前线》，2016年的《战地1》和《极限竞速：地平线3》都是使用这项技术的杰出代表。
这是2015年的画面你敢信
之后，虽然《神秘海域4》等作品都在挑战PS4时代的性能极限，但在图形技术方面却始终没有带来更多的新鲜感。时间开始加速，接下来将要迎来的就是图形界的第三次革命----光线追踪时代。
光追在过去通常用于离线渲染，渲染1帧可能就要花上几分钟甚至几小时，在2018年前，每秒60帧的实时光追简直就是天方夜谭，图灵架构显卡的出现改变了这个现实。
要做到这一切当然也不是变戏法，在传统GPU无力承担更多渲染工作的现实下，英伟达革命性地引入了专门处理光追的RT Core。RT Core的使命是加速BVH（包围体层次结构）遍历和射线相交检测。要理解这一点，就得先解释光线追踪的原理。
在物理世界中我们的眼睛在实时接受光线，但光线的数量是无尽的，这在有穷的图形世界中并不现实。光追的基础思路就是将物理世界的法则颠倒过来，由相机发射光线，命中物体后根据材质继续生成新的反射或折射射线，并在路径上不断累积光照贡献，最终得到发射射线的那个像素的颜色，这样就可以用有穷的光线最大限度的还原真实世界。
如果采用传统算法，就需要挨个检查场景里的每个三角形，直到找到最近的交点。但是单一场景中往往就有几十万个三角形，这就意味着一道射线就要检查几十万次，这种计算量怕是连超算都顶不住，BVH的出现就是为了解决这个问题。
BVH的思路是预先将场景中的三角形按空间位置组织成一棵树状结构，根节点就是整个场景，往下分成两个大区域，每个区域再往下细分，直到仅包含一小簇三角形的叶子节点。当射线进入场景时，只需要从根节点开始，一路向下判断是否与这个节点包围盒相交即可，如果不相交，整棵子树直接跳过。这样一来，原本需要检查几十万次的计算就被压缩到了数十次。
BVH简介
RT Core将这项计算直接整合到硬件中，比在通用单元上跑效率高到不知道哪里去了。这项技术十分关键，这也是缺乏BVH硬件加速的AMD光追落后的根本原因。一步慢步步慢，AMD技术上的滞后也影响到了本世代主机，PS5和XSX使用的RDNA2架构与同期英伟达的光追架构相比就像是小孩看大人，可以说AMD是本世代光追普及缓慢的罪魁祸首也不为过。但这口锅全甩给AMD，也未免有失偏颇，最初的光追天时地利人和一个都不沾。
如果说主机平台的支持是地利，那硬件的限制就是人和。与RTX显卡一同发布的，还有VXGI等一系列基于光追的技术。由于初代RTX显卡的算力非常有限，业界对新技术在自家游戏中的应用抓耳挠腮，第一批搭载光线追踪的游戏基本只应用了个皮毛，大多是相对简单的光追反射----《战地5》就是最好的例子。
二战奎爷招笑了
作为世界上第一款采用光追的3A游戏，《战地5》却没给业界带来什么正反馈。其光追的应用仅停留在玻璃，金属漆面和水面的反射而已。在《战地5》中，巷战场景本就不多，这些琐碎的特效在游玩中很难察觉，更糟糕的是，为了这些不太显眼的效果，需要付出差不多一半的帧数，得不偿失。这种高不成低不就的气质使得玩家纷纷嘲讽光线追踪的唯一作用就是照镜子，这种偏见直到今天依然有市场，《战地5》难辞其咎。
emm挺微妙的
不过第一批光追游戏中也有优等生----《地铁：离去增强版》。不同于同期其他光追游戏，《地铁：离去》是第一款强制RT的游戏。游戏中不再有手动布光，所有光线都彻底基于光源的物理规律，这就使得《地铁：离去》的画面效果极为震撼，在当时没有任何游戏能出其右，即便放在今天，也鲜有厂商敢如此激进。但是这也成了《地铁：离去》的最大软肋，如果没有RTX显卡，玩家根本没有资格玩这款游戏，另一方面，它的题材也有点过于小众，这些因素使得这部具有跨时代意义的大作受众寥寥。而真正让光追进入大众视野的，就不得不提那款传奇游戏《赛博朋克2077》了。
DICE好好学学这才叫光追
当然《2077》不像《地铁：离去》那样激进，CDPR在保留了传统光栅的同时，将光追反射，阴影和RTAO带入了《2077》中，虽然效果没有RTGI那么惊艳，但仍具有非常大的象征意义。不过可惜的是，《2077》的首发可谓相当惨烈，糟糕的优化，铺天盖地的BUG都宣告了这个游戏基本上就将被钉死在耻辱柱上，但是《2077》的故事却没有就此终结，这个我们放到后面再讲。
在光追推出的2年时间内，几乎所有搭载光追的游戏都或多或少有些问题，玩家无可避免地开始质疑光追的必要性。而当你觉得事情已经够糟糕的时候，它往往还能变得更糟，这便是最后的天时。从2017年左右开始突如其来的矿潮极大的挤占了消费显卡的市场，导致当时一度一卡难求，很多被《2077》预告欺诈而更新30系显卡的玩家却因他们的显卡大幅增值而感到开心，但老黄却可能没大家想象中那么高兴。激增的市场需求虽然确实让老黄赚的盆满钵满，但此时同价格下AMD的显卡仍然具有算力优势，自家力推的光追显卡却因为性能问题始终无法深入市场。
对于这个问题老黄一开始的策略也很简单。与RT Core几乎同期诞生的，还有另一项伟大的发明----Tensor Core。与RT Core不同，Tensor Core主要是为了AI和深度学习而设计。Tensor Core最早被搭载于Titan V上，这张传奇显卡也是唯一一张采用Volta架构的消费级显卡。在后来的RTX显卡上，Tensor Core也被保留，游戏领域主要用于DLSS的计算。
不久之前刚收的全新TITAN V用来收藏
在非光追时期，由于显卡的光栅性能已经很充足，为了进一步提升画质，英伟达推出了DSR功能。这项技术可以将渲染分辨率提升，再压缩回输出分辨率以进一步改善画质。DLSS更像该技术的反向应用，先将分辨率压缩，再通过算法还原以节约性能。DLSS的第一个版本随着《战地5》的发布一同推出，但效果却不尽人意。暂不论AI模型需要对每个游戏独立训练，其效果也跟近视没什么区别。直到到了2020年的DLSS 2时代，随着更通用的时域重建模型推出，DLSS才真正迎来了革命级的提升。
DLSS 2
但是光靠超分能榨出的性能还是有限，完整版光追所需的性能仍然是阻碍玩家和厂商使用的主要原因，为了一劳永逸地解决这个问题，DLSS 3应运而生。
DLSS 3引入的帧生成技术与一般的基于输出画面的补帧技术不同，DLSS 3可以直接结合引擎运动矢量与光流加速器的AI预测数据，大幅降低了传统补帧技术的伪影缺陷。而DLSS 3.5推出的DLSS RR彻底改变了游戏规则，它另辟蹊径地采用了AI神经网络替代了传统降噪器，在光线细节更好的情况下，性能问题也得到了缓解。
要解释这项技术，就要先说明一下降噪是怎么回事。我们都知道，在运行光追时，不可能对屏幕上每个像素都发射光线，实时光追需要对光线进行重要性采样。虽然也有许多不同的采样技术，但都无一例外的有一个问题：屏幕上只有少部分像素被真正命中。为了填补缺失的像素，降噪器应运而生。传统的降噪器一般有两种方式，要么是进行多帧时域累积，要么是对其进行空间插值。无论哪种思路，对性能的要求都不低，而且都有比较尴尬的缺陷，这些问题都在RR出现后得到了极大的缓解。这些都为一项新技术带来了支持，没错，我们要说的就是路径追踪。
降噪前后
说路径追踪是新技术也有点过，因为它充其量是光追的完全体而已。传统光追往往只计算直接光照和少量反射，而路径追踪则模拟光线从相机到光源的完整路径，包括多次弹射，漫反射，镜面反射，折射等所有光学现象。它的效果也理所应当地震撼。
最初搭载这项技术的，就是那个从耻辱柱上爬回来的《2077》。路径追踪的加入使得夜之城发生了翻天覆地的变化，它的光影已经几乎相当趋近于真实世界，这也是无数开发者梦寐以求的画面品质，“光追无用论”也在这个时期逐渐开始萎靡。之后几年，越来越多的游戏开始搭载光追技术，对光追的应用也更为广泛，路径追踪也渐渐开始在更多的游戏中普及。
这都不是一个游戏了
在光追发展的同时，另一项革命性技术也不得不提，那就是虚幻5带来的Nanite和Lumen。
Nanite的出现令厂商可以直接导入影视级资产，引擎会自动处理层级，传统LoD的跳变感被进一步无感化，厂商也无需再为LoD制作多种层级的模型，这项技术后来也被育碧取经，应用于最新的《刺客信条：影》中。
而Lumen则使得实时GI变得几乎可以开箱即用，无需手动放置探针，更不用烘焙贴图，即便是没什么经验的小型团队也能轻松打造高水准的画面，大幅降低了开发门槛，那些如《33号远征队》的2A级游戏也能有机会和3A厂商一较高下。
AI辅助游戏的脚步绝不会在此停止，就在几周前，英伟达发布了全新的DLSS 5.0，这项技术几乎就是把AI生图功能搬进了实时渲染的游戏中。不过，玩家群体却对这种“滥用AI”的做法颇有微词，包括老登我也对这项技术持怀疑态度。但是无论你喜欢与否，我们都将迎来又一次的画面技术革命。也许和最初的DLSS一样，即便是饱受争议甚至是被诟病的功能，只要假以时日，终将成为图形技术全面进化的基石。作为玩家，我们正处于最好的时代中。
（完）
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