手机芯片上“光线追踪”真的有必要吗？

糖糖班副

作为一名曾非常痴迷于刷机解BootLoader锁获取root进行超频的手机硬件爱好者，最近看到“机圈”发生的事情，让我再次有了和刚听说手机也能像电脑一样超频时的“颅内高潮”。
: M( w' l7 Q& e3 e- v* V            光追技术被下放到了移动端，一想到未来就可以在手机上体验到可以媲美PC的光影效果，还真打了一激灵。
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  @& i5 [" u& \6 l4 [8 O+ C/ L            像光明记忆这类射击游戏的光追表现对画面质感和真实感提升就很大 图源：英伟达
            如果不提“光追”，那我只认为这两个最为上层的移动芯片厂商依旧在最新旗舰移动平台上有“挤牙膏”之嫌，无外乎就是处理器架构变化以及硬件规格提升带来的性能增强，同时还有两家对于影像画质部分加强、整体功耗优化等等老生常谈的问题。
6 B4 ]7 ^( i8 [7 L            但从两家发布会整个来看就和以往不同。
9 Y1 l  u. P% o4 S$ @) @/ E            联发科也好，高通也罢，“光追”在这俩家发布会上都引起了足够高重视。
            以联科发来讲，全程一个多小时发布会，不仅使用10多分钟详细介绍了光追技术，更是在之后相关负责人还通过《暗区突围》这款游戏中光追技术的实现和腾讯出品方进行了联合研发说明；而时隔一天的高通，更是把光追技术作为在游戏方面的提升“技能点”，借助《逆水寒》成功出圈。
  y' e% W  |7 a! n            图源：联发科            
            光追技术引起了联发科和高通前所未有的关注和重视。
            当然对于这两家移动芯片厂商在光追技术上更为全面的解读，品玩先后分别撰写了两篇文章《为了破圈手游画质，联发科天玑9200讲出旗舰“芯”故事》和《全面融入AI的第二代骁龙8，能否成为手机未来的“最优解”？》中有了详细解读，感兴趣朋友可以了解两家在光追技术上的应用。
            我个人高度赞成上游厂商通过新技术，为大众移动端用户带来“光追”技术普及。但在对光追技术详细了解后，新问题也出现了，手机上“光追”真的有必要吗？
            先为在座各位打个预防针，移动光追要实现“纯光追”并不现实。
8 ~% M8 e' Q; B, O: C            先来看看“光追”技术，它英文名字为 Ray Tracing，这是被应用在图形渲染中，用来确定不同元素可见或不可见的一种渲染方法。它利用光的可逆性来反向计算，以最为基础版Ray Casting来讲，是通过从以主视角发出一条虚拟射线到屏幕，之后穿过屏幕到达渲染的场景内，这时候场景会被拆分为无数三角形，当这些射线到被分割成的三角形表面时候，就需要根据三角形的表面属性，做出反射、折射、吸收等计算，记录下整个场景信息，最后再结合光源信息来计算光照效果。
7 `! N$ U+ }' E0 @  _* O/ w3 u: h6 t            光追作用原理 图源：网络            
* C3 y; B9 I* k+ b* O2 z+ u            通过几倍的光线反射来让被反射的物体形成更为真实的效果，这就是光追技术作用原理。
            在实际游戏场景中，会有大量光线的反射、折射，这对于处理器GPU是非常大考验，因此目前很多游戏并不是通过“纯光追”实现，而是通过光栅化渲染来达到相对逼真的光照效果。
            简单来讲，它是先用被称作光栅器的单元计算出场景中经过拆解形成的三角形投射在屏幕空间上的投影，选择出有哪些像素需要渲染，然后对这些像素再进行渲染计算。
! {" h" ~" }' x, W: r- S            但不管是纯光追技术，还是光栅化渲染，在处理游戏中的光影效果时候，都有一定局限性。
            比如前者虽然可以实现最为真实的光源变化，但因为需要有大量其他光线带来的“干扰”而需要大量分析计算，对于GPU性能是一大考验。而后者虽然比纯光追技术对GPU带来的压力要少一些，但受限于原理，如果要实现更为高阶且逼真的光路光景，就需要复杂繁冗的算法，而带来的效果是，静态光照效果很好，但一动就会出现呆板、漏光等不真实的光影。
            这类游戏开光追和关闭光追差别并不大 图源：仙剑奇侠传7            
            因此绝大多数游戏采用了“混合渲染方式”即光追和光栅化渲染同时作用，这样可以既有真实物体光线变化，又能降低GPU压力。
            而这样在PC端的光追解决思路，也从“移植”到了移动端。比如在21年OPPO开发者大会上，OPPO也宣布了光追计划，从实际公布的光追效果来看，确实和PC端无异，而且根据OPPO官方介绍，这渲染也不是纯光追计算，而是混合渲染。
" g5 n- K6 j$ A$ Q2 h$ i; ~            在初始场景中，ColorOS先采用光栅化完成整体渲染，再利用光追实时生成阴影和水面、玻璃和金属等特殊材质的真实倒影，既能在最明显的地方展示光追效果，又能极大地降低光追计算量。
            图源：源于OPPO            
            由此来看，即使是上游两家厂商和手机厂商已经为光追做好了硬件和软件准备，但要真想后续实现“光追”自由，走为上策之计，就是综合考虑设备性能，而使用混合渲染。
+ }  W* E  e. p- J7 u            这一切还是从处理器性能和功耗为出发点考量的，光追技术其实是一套复杂的光影系统，它包含了非常多的技术，“下放”到移动端也只是几个最经典的效果，比如软阴影、镜面反射、折射，但对于目前手游来讲，对画面提升也足够了。
  \6 O) N# r0 d4 h! A% z            当然不管是PC也好，还是移动端，即使是实现了“光追”带来了非常出色的画面表现，也要警惕光追带来的各种使用体验问题。
            比如对于PC来讲，开启光追后首先必须要面对的，就是帧数大幅下降和功耗问题，但其实对于可以开启光追效果的显卡来讲，可以通过DLSS 2.0和3.0技术来“弥补”光追带来的帧数下降问题。
            图源：英伟达            
            而在移动端就很复杂了，不过也不是没有解决方式，联发科就有比较完整的应对措施：移动GPU增效方案，这套方案包括三个方面，其一是通过制程和工艺的优化，来直接提升CPU和GPU性能，其二是加大推动64位应用普及，更好发挥出CPU大核心性能，同时在GPU方面和Vulkan接着进行紧密合作，从驱动上就进行深度优化，并通过算法提升画质表现，其三是利用出色的游戏引擎带来的性能优势和能效优势，和腾讯这样的生态伙伴进行更为深入合作，针对游戏进行负载优化。
            这也是移动端在缺少DLSS这种利用AI“稳帧”技术时对游戏画质、运行稳定性的“补偿”。
            假如游戏已经支持了光追并全程可以60帧满帧运行，那么真的可以为玩家带来好的体验吗？
            答案也并不具有指向性。
            这需要看“光追”技术被应用在哪些游戏。以PC为例，从英伟达公布的支持光追游戏中不难发现一个现象，这些游戏绝大部分都是以单人剧情为主，有动作类也有竞速类，这些游戏非常讲究故事叙事连贯性和画质，更追求带给玩家的“沉浸感”。而光追技术提供的柔性阴影、动态反射、全局光照、环境光遮蔽技术，就可以提升整个画面的真实感，为玩家带来沉浸式体验，如果在玩VR游戏，加入光追的沉浸感不言而喻。
            移动端光追早有布局 图源：网络            
' P- Z, T- q0 ~! ]9 B/ C            而对于多人竞技类游戏而言，画面就不是玩家关注重点，流畅性和低延时才是决定竞技类游戏体验的重要因素，绝大部分多人联机玩家都会把影像视觉体验的各种光影效果和粒子效果降到最低，就怕干扰到视觉判断。
            而对于国内手游来讲，免费下载加多人联机的是主要的游戏形式，基本手游和网游是可以直接划等号的。不管是MOBA类型游戏还是主视角射击游戏，都需要在界面中显示地图、血量耐力这样的关键信息，再加上手机本身屏幕尺寸的限制，光追带来的细节提升在动态游戏处理信息过程中往往很容易被忽略。
  `- N) v- t% o% {+ b6 K            如果射击类手游上光追，或许会影响到游玩体验 图源：品玩lzh摄 使命召唤战区键位图            
* h2 G1 e7 c1 V" y9 I            就拿最近公测的《使命召唤：战区》手游，画面已经被各种虚拟按键占据，加上屏幕尺寸有限，如果加入光追效果，势必会影响到画面显示，进而影响到敌人位置判断，这也是开启光追对画面的影响。
  i9 e! `7 w6 s& i            最后回到光追技术到底有何用这核心问题上。
            对于上游芯片厂商们，这个问题似乎已经足够清晰。简单来讲，就是通过和游戏厂商深度合作，提升游戏画质表现，这对于光追技术移动化来讲，似乎这是最主要的作用，除了游戏之外，光追技术就没有“用武之地”了吗？
            3D 动态实时可交互壁纸 图源：OPPO            
* U" o' c  E3 }( q            在之前，已经有厂商正式推出光追 3D 动态实时可交互壁纸，该壁纸产品是首次在手机端实现光线追踪技术落地。只不过这对于大多数用户来讲，似乎还没有对游戏画面提升来的更为实用，据说未来光追除了会覆盖到游戏外，也会为影像滤镜、AR 等领域带来巨大的商业价值。
            但从当下移动光追实际落地和应用支持度来看，个人认为也仅仅是手机厂商们提前布局的光追进行的宣发罢了。

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