遊戲中的光線追蹤是什麼？

光線追蹤是一項常與最新款 NVIDIA RTX 50 系列顯示卡，以及 AMD 的新款Radeon RX 9070 XT 和 RX 9070聯繫在一起的功能。這項技術被應用於現代遊戲中，用以呈現令人驚嘆的視覺效果，並仰賴當今 GPU 中的專用硬體；正因如此，NVIDIA、AMD 甚至 Intel 都會在每次推出新硬體時，特別強調這項技術。

光線追蹤技術也被用來為一些經典遊戲注入新生命，最近推出的《半條命 2 RTX》便充分體現了這一點。

讓我們深入探討光線追蹤是什麼、它的應用領域、所支援的各種特效、面臨的挑戰，以及哪些遊戲運用了這項技術。那麼，事不宜遲，我們就開始吧。

在遊戲領域中，光線追蹤用以模擬逼真的光照效果。僅此而已。它所創造的某些效果確實令人驚豔，能呈現出比傳統光柵化技術更為逼真的世界，但這基本上就是它的全部功能。諸如逼真的陰影、反射、半透明效果以及全局光照等光照效果，在光線追蹤技術的加持下，相較於以往的方法都有顯著提升。

若想渲染一條雨水浸濕的街道，讓水窪中映照出霓虹燈招牌，並使櫥窗能正確折射光線，從而營造出逼真的世界，光線追蹤便是最佳選擇。正因如此，這項技術在《賽博朋克2077》等遊戲中被運用得如此出色，而近期《俠盜獵車手V》的增強版更新亦是如此——這僅是日益增多的光線追蹤遊戲中，兩個典型的例子。

由於光線追蹤能精確模擬光線與場景中物體之間的交互作用，因此能讓遊戲美術人員擺脫光柵化技術的限制，專注於打造他們腦海中所構想的環境。正因如此，光線追蹤常被譽為遊戲渲染的未來，而眾多實例也顯示這項說法或許確實成立。

開發者在實作光線追蹤時，會針對特定的特效與視覺概念進行設計。這並非只是簡單地開啟一項功能，而是一套包含各種特效的工具組，從相對簡單的特效（例如陰影），到更複雜的技術（例如全局光照）皆涵蓋其中。以下簡要介紹主要的光線追蹤特效：

若不採用變通方法，要透過傳統的光柵化技術來生成反射效果，不僅極具挑戰性，甚至可說是難以實現。多年來，開發者們一直採用諸如「螢幕空間反射」（SSR）等技術，這些技術能有效處理水面反射，或是透過複製場景來營造反射的視覺效果。然而，這些方法存在明顯的限制——例如，SSR 僅能反射當前顯示在螢幕上的內容，這意味著相機視野範圍外的物件將不會出現在反射中。

相較之下，光線追蹤反射能精準呈現遊戲環境，大幅提升沉浸感。鏡子、玻璃、水窪，甚至拋光表面上的細微反射，都能從真實的光線追蹤技術中受益。然而，反射效果的運算需求相當高，這正是像 NVIDIA 的 DLSS 3.5 光線重建這類人工智慧驅動解決方案大顯身手之處。

遊戲開發者多年來一直使用陰影貼圖，但這種技術存在一些限制——陰影看起來可能不自然、受限於解析度，且難以處理動態光照。光線追蹤陰影則更加逼真，特別是在與全域光照等其他光線追蹤技術結合使用時。

傳統上，遊戲處理光照的方式非常基礎。直接光照雖增添了一絲真實感，但呈現效果仍可能顯得卡通化。隨著遊戲變得愈發細膩豐富，對寫實光照的需求也隨之增加，以至於材質、表面與次級光照之間的微妙互動已成為不可或缺的要素。 傳統的掃描線渲染會預先烘焙光照效果，以營造更逼真、更立體的世界，但這卻犧牲了動態表現。當物體移動時，由於光照缺乏真實的反應能力，往往會顯得格格不入。

光線追蹤技術再次大顯身手，透過更精準地處理光照效果，營造出更具沉浸感的環境。它同時模擬直接光與間接光，呈現出更逼真的場景。 這樣的場景不僅充滿動態感，其色調也更貼近現實世界。光線追蹤全域照明的效果可能相當細微，特別是在茂密的叢林等自然環境中，但大腦會捕捉到正確的線索，其呈現效果遠比預渲染照明更為合理。

光線追蹤技術面臨著重大的挑戰。首先，它的運算成本極高，且需要專用硬體。若要充分體驗這項技術，一支現代且強大的顯示卡是不可或缺的。

即使使用最新的 GPU，要以流暢的幀率追蹤場景中的每一道光線，在技術上仍不可行。這會導致畫面出現噪點，必須透過後製處理來消除。由於這些限制，大多數遊戲會以較低解析度渲染光線追蹤場景，並採用DLSS 或 FSR等升頻技術來維持畫質。

另一個障礙在於，並非所有遊戲都支援光線追蹤。這並非像買了一張 RTX 50 系列顯示卡，就能讓所有遊戲瞬間煥然一新那樣簡單。好消息是，微軟的 DirectX 12 內建了光線追蹤支援功能，讓開發者更容易實作這項技術。

最後一項挑戰在於，傳統的光柵化技術在模擬逼真的光照效果方面已臻化境。雖然它仍仰賴近似計算與巧妙的技巧，且某些效果若無光線追蹤便無法實現，但開發者已將光柵化技術精進至如此程度，以致於視覺上的差異未必總是足以抵銷光線追蹤所帶來的運算成本。

即時光線追蹤技術問世已有數年，許多遊戲都展現了這項技術的實力。以下是幾款能充分展現這項技術的傑出作品：

• 《艾倫·韋克 2》
• 《黑神話：悟空》
• 控制
• 《駭客任務 2077》
• 《幽靈線：東京》
• 《印第安納·瓊斯與大圓圈》
• 漫威的蜘蛛人
• 《Metro Exodus》
• 《Minecraft RTX》
• 《拉捷特與克拉克：裂隙分離》
• 惡靈古堡：村莊
• 《古墓奇兵：暗影》
• 《看門狗：軍團》

您可以在Nvidia 的網站上找到一份可排序的光線追蹤遊戲清單。雖然該清單主要聚焦於 Nvidia 的技術，但對於尋找能展現光線追蹤功能的遊戲而言，仍是一項有用的資源。