显卡的“光追”技术是什么? 原理介绍、画面差别

近几年来,对于显卡和游戏来说,最吸引人的技术大概就是「光线追踪(简称光追)」了,特别是在《赛博朋克 2077》公开 DLC《往日之影》的硬件规格需求后,「到底有没有必要开光追」又成了另一个热门的讨论话题。

今天编辑将会简单介绍什么是「光线追踪」技术、光追的原理,以及光追对游戏造成的影响。

▼ 想在《往日之影》开启光追的话,官方推荐使用 RTX 3080Ti 以上的显卡

显卡的“光追”技术是什么? 原理介绍、画面差别

什么是“光线追踪(光追)”?

大家在高中的物理学应该都学过,当一束光照射到物体表面时,光线可能会因为介质的不同而出现反射、折射和漫射等现象,最后光线进入我们的眼睛,让我们能够「看到」这一切。

光线追踪(ray tracing,或简称「光追」)就是「模拟光线在现实生活中的路径」的渲染技术,主要应用在 3D 电脑图形学、建筑和照明设计等领域。

不论是电影或游戏,如果画面里的光影太过奇怪或不科学,就容易导致观众和玩家们出戏,进而影响到观影或游戏体验。 透过光追,电影制作团队和游戏开发团队就能打造出更逼真的画面,让观众和玩家在观看电影或游玩游戏更加投入,彻底沉浸在电影或游戏创造出来的世界里。

顺带一提,其实早在 1995 年的《玩具总动员》里就有光追的存在了! 只是早期的硬件不够强大,光是渲染单一个画面可能就得花上几个小时甚至几天,这对于讲究「即时显示」的游戏而言实在是个过于要命的缺点,导致光追迟迟无法应用到游戏里。

▉ 开启/关闭光追的差别

想观察开启/关闭光追有什么差别的话,可以仔细观察水面、地板、玻璃和金属等会反射金属的地方,这些会是光追最明显的地方。

▉ 光线追踪的原理

光追在计算光线路径时,是「反推」光线路径来追踪的,也就是「眼睛(画面视角) → 屏幕画面 → 3D 场景 → 光源」的逆向路径,再去模拟光线照射到 3D 场景时可能产生的交互作用,像是光线可能会从 A 物体反射到 B 物体、被 C 物体遮挡而产生阴影、穿过透明/半透明的 D 物体而出现折射。

将光线的所有交互作用结合起来之后,电脑就能得出每个像素该有的颜色和照明效果,并组成最终画面显示在屏幕上。

▼ 光追在计算光线路径时,是从「眼睛」开始逆向反推光线的路径

显卡的“光追”技术是什么? 原理介绍、画面差别

*补充:为什么不从“光源”开始模拟路径?

之所以不从「光源」开始计算,是由于光源发出的所有光线中,大部分的光线都不会进入眼睛里,这些光线会在经过多次反射后就逐渐消失或变得无限小,因此模拟它们的路径并没有太大的意义。

更重要的理由是,计算所有光线的完整路径所需要的效能非常可观,为了降低硬件的负担、提升运算时的效率,才会利用光的可逆原理,只追踪从眼睛来反推光线的路径。

光追对游戏造成的负面影响

虽然光线追踪确实能让游戏画面变得更漂亮,但由于光追需要耗费大量的显卡效能,要是显卡本身不够强,开启光追之后就会导致游戏帧数(fps)急遽下降

一般来说,游戏的帧数越高画面就会越流畅,通常会以 60fps 作为合格标准,最不济也要有个 30fps。 要是开启光追之后却发现游戏帧数掉到 30fps 以下,那… 建议还是把光追关掉吧,不然画面再漂亮,频频卡顿的话玩起来也不开心啊。

有哪些游戏支持光追?

现在支持光追的游戏约有 200 多款,其中比较知名的有:

  • 《Minecraft》
  • 《巫师 3:狂猎》完整版
  • 《要塞英雄》
  • 《古墓奇兵:暗影》
  • 《控制》
  • 《战愠深隧:流亡》
  • 《蜘蛛侠:迈尔斯. 莫拉雷斯》
  • 《赛博朋克 2077》
  • 《极限竞速:地平线 5》
  • 《传送门》RTX 版
  • 《瘟疫传说: 安魂曲》
  • 《漫威蜘蛛人重制版》
  • 《暗黑破坏神 IV》
  • 《心灵杀手2》
  • 《刺客任务:暗杀世界》

总结

「光线追踪」功能可说是现在游戏的趋势,不只AMD和Intel这两间显卡厂商,就连苹果都在最新的iPhone 15 Pro系列里加入了光追,用手机就能游玩3A大作!

好消息是,随着矿潮的退烧,现在显卡的供应已经逐渐恢复正常,价格也没有前几年前那么夸张了。 要是平常有在打游戏的话,编辑十分推荐换一张 RTX 3080 以上的显卡,然后开光追打游戏看看,整个游戏画面会变成一个全新世界喔!

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