游戏中的光线追踪是什么？

光线追踪是最新一代英伟达RTX 50系列显卡以及AMD新款Radeon RX 9070 XT和RX 9070 显卡中常被提及的一项功能。该技术被应用于现代游戏中以呈现令人惊叹的视觉效果，并依赖于当今GPU中的专用硬件，这也是为何英伟达、AMD甚至英特尔在每次发布新硬件时都会重点强调这项技术。

光线追踪技术还被用于让一些经典游戏焕发新生，最近发布的《半条命2 RTX》就很好地证明了这一点。

让我们深入探讨一下光线追踪是什么、它应用于哪些领域、支持哪些特效、面临哪些挑战，以及哪些游戏采用了这项技术。那么，废话少说，让我们开始吧。

在游戏领域，光线追踪技术用于模拟逼真的光照效果。仅此而已。它所呈现的某些效果确实令人叹为观止，能够营造出比传统光栅化技术更逼真的世界，但本质上它所做的也就仅此而已。与以往的方法相比，光线追踪技术显著提升了逼真的阴影、反射、半透明效果以及全局光照等光照效果。

如果你想渲染一条被雨水浸透的街道，让水洼中倒映出霓虹灯招牌，同时让商店橱窗准确地折射光线，从而构建一个逼真的世界，那么光线追踪就是最佳选择。正因如此，这项技术在《赛博朋克2077》以及最近发布的《GTA V》增强版更新中得到了极为有效的应用——这只是日益增多的光线追踪游戏中的一小部分。

由于光线追踪能够精确模拟光线与场景中物体之间的相互作用，因此游戏美术师可以摆脱光栅化技术的限制，专注于打造他们脑海中构想的环境。正因如此，光线追踪常被誉为游戏渲染的未来，而大量实例也表明这一说法或许确实成立。

开发者在实现光线追踪时，通常会针对特定的特效和视觉效果。这不仅仅是一个可以简单开启的功能——它是一套特效工具集，涵盖从相对简单的特效（如阴影）到更复杂的技术（如全局光照）。以下是主要光线追踪特效的简要概述：

如果不采用变通方案，使用传统的光栅化技术来生成倒影极为困难，甚至几乎不可能。多年来，开发者们一直采用诸如屏幕空间反射（SSR）等技术，这些技术能够高效处理水面反射，或者通过复制场景来营造倒影的视觉效果。然而，这些方法存在明显的局限性——例如，SSR 只能反射当前显示在屏幕上的内容，这意味着摄像机视野范围外的物体不会出现在倒影中。

相比之下，光线追踪反射能准确呈现游戏环境，显著提升沉浸感。镜子、玻璃、水洼，甚至抛光表面上的细微反射，都能从真实的光线追踪技术中获益。不过，反射效果的渲染可能需要大量计算资源，这正是像英伟达的 DLSS 3.5 光线重建这样的基于人工智能的解决方案大显身手之处。

游戏开发者多年来一直使用阴影贴图，但这种技术存在局限性——阴影看起来可能不自然，受制于分辨率限制，且难以处理动态光照。光线追踪阴影则要逼真得多，尤其是与全局光照等其他光线追踪技术结合使用时。

传统上，游戏对光照的处理方式非常简单。直接光照虽然增添了一丝真实感，但最终效果仍可能显得卡通化。随着游戏细节日益丰富、画面日益精美，对逼真光照的需求也日益增长，以至于材质、表面与次级光照之间的微妙互动已成为必不可少的部分。 传统的光栅化技术采用预烘焙光照来营造更逼真、更扎实的游戏世界，但这牺牲了动态表现力。当物体移动时，由于光照缺乏真实反应的能力，往往会显得不协调。

光线追踪技术再次大显身手，通过更精准地处理光照效果，营造出更具沉浸感的环境。它同时模拟直接光和间接光，从而呈现出更逼真的场景。 这种场景充满动态感，其色调表现也更接近现实世界。光线追踪全局光照的效果可能十分微妙，尤其是在茂密的丛林等自然环境中，但你的大脑会捕捉到正确的视觉线索，其呈现效果比预渲染光照要自然得多。

光线追踪技术面临着巨大的挑战。首先，它的计算成本极高，且需要专用硬件。要充分体验这项技术，一款现代且性能强大的显卡必不可少。

即使使用最新的GPU，也无法在保持流畅帧率的同时对场景中的每一条光线进行追踪。这会导致图像出现噪点，需要通过后期处理来消除。由于这些限制，大多数游戏都会以较低的分辨率渲染光线追踪场景，并采用DLSS或FSR等超分辨率技术来保持图像质量。

另一个障碍在于，并非所有游戏都支持光线追踪。这并非像买一张 RTX 50 系列显卡后，所有游戏就能立刻焕然一新那么简单。好消息是，微软的 DirectX 12 内置了光线追踪支持，这使得开发者更容易实现该功能。

最后一个挑战在于，传统的光栅化技术在模拟逼真的光照效果方面已经变得极其出色。虽然它仍然依赖于近似计算和巧妙的技巧，而且有些效果若没有光线追踪就无法实现，但开发者们已经将光栅化技术优化到了这样的程度：视觉上的差异未必总能抵消光线追踪带来的计算成本。

实时光线追踪技术问世已有几年，许多游戏都展示了它的强大功能。以下是一些充分展现该技术优势的杰出作品：

• 《艾伦·韦克2》
• 《黑神话：悟空》
• 控制
• 《赛博朋克2077》
• 《幽灵线：东京》
• 《印第安纳·琼斯与大圆圈》
• 漫威的蜘蛛侠
• 《地铁：离去》
• 《我的世界 RTX》
• 《瑞奇与叮当：裂隙》
• 生化危机：村庄
• 《古墓丽影：暗影》
• 《看门狗：军团》

您可以在英伟达（Nvidia）的网站上找到一份可按条件排序的光线追踪游戏列表。虽然该列表主要聚焦于英伟达的技术，但对于寻找能够展示光线追踪功能的游戏而言，它仍然是一个有用的资源。