自从英伟达RTX系列显卡发售以来，光线追踪技术开始进入游戏开发者以及玩家的视野。目前市面上已有部分游戏开始利用光线追踪技术来提升游戏品质。那么光线追踪到底是什么呢？

什么是光线追踪？– 了解基础知识

根据定义，光线追踪是一种在算法中对光传输进行建模的方法，用于创建数字艺术，无论是图像还是场景。在对静止图像建模时，光线追踪不那么复杂，而在必须实时渲染场景（如游戏）时则更是如此。 光线追踪首先部署在预渲染场景中，例如过场动画，或者更常见的是电影，作为其视觉效果的一部分。在实时渲染方面，即使在今天，光线追踪对硬件的影响也非常大，以至于性能损失不仅明显，而且在大多数情况下，画面提升没有很大。

光线追踪出来多久了

光线追踪可以追溯到 16 世纪，与许多其他起源故事不同，这个故事的作者是德国艺术家阿尔布雷希特·丢勒，尤其是画家。他的理论是，你可以将3D图像投影到二维平面上，这就是我们使用几何体在游戏中渲染场景时所做的。 他还指出使用光线作为参考，了解什么是可见的，什么是不应该的，这就是光线追踪的工作原理。描述了多种技术，但直到1968年才与计算机一起使用。 直到1979年，特纳·惠特德（Turner Whitted）发表了一篇名为“用于阴影显示的改进照明模型”的论文，我们今天所知道的光线追踪的实际算法才被展示给世界。 即便如此，光线追踪直到 2000 年代才用于电影，直到最近才可用于视频游戏，当时 Nvidia 和 AMD 的显卡开始使用专用硬件加速器进行光线追踪。

路径追踪

常规光线追踪的工作原理是从相机/眼睛发出光线，这些光线会从物体上反弹，以追踪到光源。当光线照射到物体时，会进行计算以确定物体，或者更确切地说，像素的颜色。 路径追踪是不同的，因为图像中的每个像素都会发送多条光线。通常，场景中的每个像素都会随机发送数十条或更多光线。它们不会在一次反弹后被送回源头，而是像光在现实世界中一样工作。 由于路径追踪会产生噪声，从而产生非常颗粒状的图像，因此必须追踪多条光线才能使图像看起来不错。如果你把它添加到一个有活动部件并实时渲染的游戏中，对性能的影响是巨大的。 路径追踪游戏非常罕见，通常是较旧的游戏，如雷神之锤II，返回德军城堡和传送门。即使在这些情况下，也只有照明的某些部分被路径跟踪，例如全局照明，而不是景深或运动模糊。 从左上角开始，每像素一条光线，每个后续图像的光线每像素翻倍。这显示了噪点和颗粒，这是路径追踪图像时光线过少的副作用。图片来源：Qutorial

游戏中的光线追踪

对于游戏玩家来说，光线追踪往往不值得失去性能。然而，如果实现正确，例如在《地铁：离去》中，打开光线追踪实际上会产生有价值的影响。 从本质上讲，游戏中的光线追踪可以使柔和阴影、景深、色散、环境遮挡、折射、模糊、反射等效果变得更好。情况并非总是如此，这取决于游戏引擎以及开发者被允许的时间和精力。这还取决于开发人员希望在光线追踪上花费多少“性能”以及哪些部分。并非照明的所有部分都以令人愉快的方式影响场景，这将证明较低的帧数是合理的。光线追踪应该做的是帮助游戏中的场景尽可能接近真实世界中光线的工作方式。如果做得好，反射看起来就像你所期望的那样，即使是最简单的时刻，不包括任何特殊或可操作的游戏，看起来也很神奇。 换言之，光线追踪确实提高了对游戏的沉浸感，因为你实际上可以分辨出区别，而不仅仅是通过性能缺陷。 尽管目前最好的显卡可以在1080p下保持60fps的帧速率，但花1500美元购买显卡的人不太可能将其与1080p显示器配对。 上图打开路径光追 下图关闭路径光追 使用AMD 6900 XT在1080p超高设置下打开路径跟踪，将fps从144降低到10。游戏不仅不可玩，而且由于用于照明数学的GPU功率，任何移动对象都无法完全渲染。 灯光要好得多，也更逼真，但游戏变得无法玩了。

光线追踪很好，但是现在用不上

当你用市场上最新的显卡之一在一款20年前的路径追踪游戏中获得大约80fps的帧速率时，你就知道在视频游戏的光线追踪方面还有很多工作要做。光线跟踪是在场景中渲染照明的一种方式，通过在光线从曲面反射时将其跟踪到光源。这种技术可以产生非常逼真的照明，但需要付出性能成本。 如果你愿意牺牲50%或更多的性能来获得更好的照明，那么在游戏中应该启用光线追踪。明智的做法是在购买之前检查哪款游戏具有良好的光线追踪功能。