七八千元顯卡的光線追蹤效果在手機上也能實現(xiàn)了嗎

當PC用戶們還在為買到一塊原價顯卡而奔波，為游戲光線追蹤對硬件要求過高而煩惱時，誰又能想到，在圖靈架構(gòu)推出三年后的今天，手機上都已經(jīng)可以支持光線追蹤了？

近日聯(lián)發(fā)科正式推出了基于Vulkan擴展的移動端光線追蹤SDK解決方案，并與ARM以及騰訊游戲共同實現(xiàn)了移動端實時光線追蹤技術(shù)的首次演示。

聯(lián)發(fā)科表示，這次推出的SDK為移動終端的光線追蹤技術(shù)開發(fā)提供了必須的工具、框架和內(nèi)容，進一步拓展游戲生態(tài)系統(tǒng)，共同推進光線追蹤的行業(yè)發(fā)展。

雖然現(xiàn)在聯(lián)發(fā)科還沒有官方的視頻演示流出，但就在這個月初，三星也開始預熱，宣稱未來與AMD合作的Exynos GPU將會支持光線追蹤。

短短半個月內(nèi)，兩家手機芯片廠商都傳來捷報，難道這意味著動輒七八千元顯卡才體驗到的光線追蹤效果，也能在手機上實現(xiàn)了？

PC端光線追蹤現(xiàn)狀：開啟立減70%性能

三年前，老黃在英偉達發(fā)布會上帶來了被稱為“12年來GPU最大的革命”的Turing（圖靈）GPU架構(gòu)，并推出RTX系列產(chǎn)品，其中最大的賣點就是支持“Real Time Ray Tracing（實時光線追蹤）”。

在當時發(fā)布會上作為演示的戰(zhàn)地五，開啟光線追蹤后效果相當震撼，包括水面、汽車漆面、路面對于光源的漫反射幾乎做到與真實世界無異。

沒有對比就沒有傷害。如果說上面的畫面你沒看出來有什么驚艷的，下面光線追蹤關(guān)閉與開啟后的對比相信所有人都能感知到其中的差距。

當然，實時光線追蹤是建立在GPU算力上的，雖然英偉達在圖靈架構(gòu)中專門為光線追蹤中射線、三角形求交等計算設(shè)計了一個被稱為RT Core的ASIC，和用于降噪的深度學習單元Tensor Core，但這對于實時光線追蹤所需的計算量，還是不夠看。

與以往光柵化渲染計算從光源發(fā)出光線的傳播路徑不同，光線追蹤是利用光的可逆性，反向跟蹤從眼睛發(fā)出的光線，通過數(shù)學模型展現(xiàn)出來，更加貼近現(xiàn)實的反射與折射效果，效率也相對較高。

問題是光線追蹤對每一條獨立的光線都要進行實時計算，而光柵化渲染在像素之間存在共享，因此光線追蹤計算量將極其龐大。

最終的結(jié)果就是，不少網(wǎng)友反饋開光追后游戲幀數(shù)暴跌70%。

Tensor Core的存在其實正是為了解決算力不足的問題，DLSS深度學習超級采樣技術(shù)，就是Tensor Core的應(yīng)用。簡單來說，可以理解成降低游戲分辨率再利用AI深度學習將畫面還原。

然而實際應(yīng)用中，打開DLSS幀數(shù)是上來了，但是畫面不可避免又會變模糊。

總而言之，算力才是硬道理。目前最新的RTX30系的高端顯卡已經(jīng)可以實現(xiàn)2K分辨率下大部分光追游戲60幀以上流暢運行，但為之付出的是功耗超過300W，功率體積上的差距，也是不少人對于移動端光追表示懷疑的原因。

如何在移動設(shè)備上實現(xiàn)光線追蹤？

其實聯(lián)發(fā)科早在今年一月的發(fā)布會上，就表示天璣1200和1100都已經(jīng)原生支持光線追蹤技術(shù)。從GPU采用了ARM Mail-G77推測，聯(lián)發(fā)科的方案并沒有采用像英偉達RT Core的專用計算單元，而是更多在軟件驅(qū)動層面進行支持。

而這次聯(lián)發(fā)科的光線追蹤SDK方案基于Vulkan擴展，Vulkan是一個跨平臺的2D3D圖形API，去年Vulkan加入了光線追蹤標準，成為業(yè)內(nèi)第一個適用于移動端設(shè)備的光線追蹤標準。

華為更是在去年軟件綠色聯(lián)盟開發(fā)者大會上與網(wǎng)易聯(lián)合，宣布在游戲重實現(xiàn)了光線追蹤渲染，并放出了演示視頻對比。

可以看到開啟光線追蹤后的軟陰影效果：

磨砂鏡面反射效果：

不過，這些場景相比桌面端的光線追蹤場景，實在過于簡單，華為也沒有透露太多技術(shù)細節(jié)。有業(yè)內(nèi)人士表示，華為實現(xiàn)的手機端光線追蹤，實際上是用著色器實現(xiàn)的軟件光線追蹤，不需要專用計算單元。只是從軟件層面幫助了開發(fā)者和玩家，讓移動平臺能體驗到光線追蹤的部分效果。

不過正如華為HMS Core CG Kit團隊此前接受采訪時所說，現(xiàn)階段，光追在移動端平臺上要想達到實時是有難度的，主要是對算力要求太高了。

對于移動平臺，由于功耗和帶寬等相比桌面PC是相當有限的，所以要實現(xiàn)移動端的光線追蹤，專用硬件是未來的必要條件。

Imagination曾將光追技術(shù)分為了6個層級：

Level 0：傳統(tǒng)解決方案

Level 1：傳統(tǒng)GPU上的軟件

Level 2：硬件中的光線/方框和光線/三角形測試器

Level 3：硬件中的邊界體積層次結(jié)構(gòu)（Bounding Volume Hierarchy，BVH）處理功能

Level 4：硬件中的BVH處理和一致性排序功能

Level 5：硬件中帶有場景層次生成器（Scene Hierarchy Generation，SHG）的一致性BVH處理功能

目前桌面級光追方案還在Level3階段，Level1和Level2則是當前移動端以及主機平臺所普遍采用的方案。

同時，從Level0-Level5，光線追蹤的功能會更加注重于效率，這對于移動端設(shè)備來說尤為重要。當專用硬件加入到參與光線追蹤效果處理中，相比于單純的軟件方案，在相同的效果之下，功耗將會有巨大提升。

Imagination早在2016年就推出了全球首款專用的光線追蹤加速器，Level4等級的光線追蹤系統(tǒng)將在今年開放授權(quán)許可，而支持Level4等級的IMG C系列GPU也將在今年推出。

目前為止，除了三星Exynos和Imagination宣布采用硬件級光線追蹤之外，Arm Mali GPU也表示將在未來新品中提供硬件加速，提高移動設(shè)備上的光線追蹤技術(shù)的效率。

軟件定義硬件在近幾年里被提到的次數(shù)越來越多，從光線追蹤的發(fā)展趨勢來看，同樣是軟件需求催生出相關(guān)專用計算單元。而目前Vulkan標準已經(jīng)正式支持光追，蘋果的Metal也推出了一些相關(guān)的API，華為、Imagination、聯(lián)發(fā)科等公司積極與游戲公司合作推進光線追蹤落地。這些信號都透露出，在軟件生態(tài)積極推進之下，未來幾年內(nèi)芯片廠商將會推出更多支持光線追蹤的移動硬件平臺，將智能手機的性能競爭拉入一個全新的賽道。

責任編輯：haq