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为移动端带来光追,三星要重铸Exyons的荣光

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在2018年的德国科隆游戏展上,NVIDIA端出了RTX 20系列显卡,首次将硬件光线追踪单元引入GPU之中,使得玩家得以在游戏中体验到媲美真实世界里光照的实时光线追踪效果。而让游戏越来越真实,无疑是开发者一直以来不断努力的方向,并且这条路的终点无疑就是“传说中”的元宇宙。

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在经过了数年的发展后,光线追踪技术从PC到游戏主机,俨然已经让诸多玩家如痴如醉,但在移动端光线追踪却是一个相对遥远的名词。不过随着日前三星方面发布的信息显示,光线追踪技术也即将要与广大手游玩家见面了。近日,三星正式为旗下Exyons SoC预热了光线追踪功能,也喻示着其与AMD合作的首款主控产品即将亮相。

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根据三星方面的说法,光线追踪是桌面级GPU中支持的高级图形显示技术,通过计算光线位置及反射区域,对该位置区域的像素进行逐个渲染,以带来更加真实的画面显示效果。而三星方面之所以能够将光线追踪技术引入移动端,靠的也正是来自合作伙伴AMD的技术。

早在2019年,三星方面就已与AMD达成合作协议,后者将RDNA GPU图形IP授权给了三星,以帮助其开发光线追踪、可变帧速率渲染等技术。而在今年6月举行的台北国际电脑展上,AMD CEO苏姿丰博士曾透露,三星新一代的Exynos SoC将搭载AMD RDNA 2架构,并且该架构也已应用在了PlayStation 5、Xbox Series X、Radeon RX显卡中。

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根据此前曝光的信息显示,这款基于AMD RDNA2 GPU技术打造的三星Exynos 5G SoC将会被命名Exynso 2200,其工程版的3DMark Wild Life成绩约8300左右,与苹果的A14处于同一水平。据悉,Exynso 2200的GPU之中将会有2个核心支持光追,并且NPU会参与光追的优化。

虽然得益于NVIDIA RTX系列、AMD Radeon6000系列、索尼PS5、微软XSX的普及,如今在桌面端体验光追已经不是什么难事,然而这项技术到底是如何实现的呢?要回答这一问题,就需要先要了解一下在光线追踪技术出现前,开发者是如何在游戏中实现拟真光照表现的。

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答案是利用光栅化渲染,而这是也现代游戏引擎的基础。光栅化渲染是将一个个物体拆解成一个个三角形,再将三角形拆解成一个个的像素,这一过程被称为“光栅化”。并且在逐层拆解的过程中,GPU使用被称为光栅器的单元计算出三角形投射在屏幕空间上的投影,分析哪些具体的像素需要着色,最后渲染管线对像素着色。这种渲染模式的好处就在于渲染过程高度并行化,效率极高,但坏处却是失去了全局信息,不同的渲染管线负责对应的不同工作。

而光栅化渲染的局限性,则在于这种渲染是“一个萝卜一个坑”的工作,在面对交互时的反馈不足。例如游戏的静态光照贴图可能看起来光影效果逼真,但是一旦画面动起来后阴影部分就可能会出现锯齿和漏光等问题。

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而光线追踪技术作为一个拥有数十年历史的“古老”图形渲染技术,其与传统的光栅化渲染也有所区别。光线追踪是用来确定不同元素可见性的全局性渲染方法,利用光的可逆性质来反向计算,将一个场景的渲染任务拆分成从观察者也就是玩家视角出发的若干条光线对场景的影响,虽然这些光线彼此不知道对方,但却知道整个场景的信息,而每条光线会与场景并行的求交,并根据交点位置获取表面的材质、纹理等信息,再结合光源信息来计算光照效果。

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简单来说,光线追踪就是增加几倍的光线反射次数,从而达到让画面更真实,明亮的效果,但是其同样也有一个非常明显的问题。那就是光线是有反射、折射、吸收等不同属性的,这些光线和场景的求交会带来庞大的计算量,因此对GPU的算力有着更高的要求,而这也是为什么光线追踪计算仅出现在NVIDIA和AMD的新款中高端产品上。

显而易见,移动端由于硬件空间有限,SoC的面积无法媲美桌面GPU,甚至于对于散热、功耗有着更高的要求。然而在这样的情况下,移动端其实此前也已经有了实现“光线追踪”的案例,且不提华为的凤凰引擎,米哈游在旗下的《崩坏3》上就已经利用了屏幕空间反射(SSR)实现。但这并非真正的光追,因为SSR是一个后处理效果,是将已经渲染出来的画面贴到光线反射里,所以当物体被遮挡时边缘就会出现白边。

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当然,在移动端上实现光追之所以有可能,一方面是因为手机SoC晶体管数量的逐年提升给了性能进一步提高的可能,而另一方面,如今主流手游的画面水平还停留在720P,能达到1080P的游戏也只有为数不多的大型重度游戏,再加上本身贴图数量就与桌面端3A游戏不在一个量级,因此实现光追的算力要求相对更低。但考虑到移动端SoC的面积问题,FSR超采样技术以及基于NPU帮助的软硬件混合光追方案,三星的新款Exyons主控极有可能会选择这一方式。

事实上,在移动端引入光线追踪最大的难题可能并不在硬件端,而是在开发者层面。毕竟光线追踪的目的,是为了让游戏画面更加真实,而这种真实感来源于水面的倒影、物体表面的光线反射等细节堆砌而成,但是人眼的动态捕捉能力是有限的,反映到游戏中,也就是玩家的视线基本都集中在自己控制的人物和敌方角色,以及地图、血量等相关信息上,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掉。所以换句话来说,就是摆在开发者面前的将是一道选择题,是否用更漫长的渲染管线和更高的性能开支,来换取微小的画面效果提升。

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在移动端SoC,特别是安卓阵营还没有达到苹果M1的水准前,绝大多数开发者或许都不会选择光线追踪这一相对低性价比的解决方案。但三星方面还是选择将光线追踪技术带入自家的SoC中,这其中必有“蹊跷”。

有观点认为,三星方面其实可能是在效仿当年高通的路子,希望通过引入桌面端的技术为奥援。在目前的Android阵营SoC中,高通骁龙之所以能够傲视群雄,Adreno GPU相比于华为海思、联发科天玑、三星Exyons更强的性能自然是一大原因。而Adreno GPU最初技术也并非高通自己的,而是来自ATi的Imageon移动图形处理器产品线。

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收购Imageno为高通如今的辉煌无疑奠定了良好的基础,因此三星选择与AMD合作,引入RDNA GPU技术也是有着历史依据的。而对于AMD来说,作为如今在桌面GPU领域追赶NVIDIA的角色,扩大RDNA GPU的影响力也是其成为市场领头羊的方式之一设,如果AMD的GPU能够成功占领移动端市场,哪怕是代替如今Mali GPU的地位,显然也是一种成功。

所以在双方各有所求的情况下,即便当下移动端游戏开发者可能还没有做好全面拥抱光线追踪技术的准备时,三星和AMD还是需要先将声势造起来才行。

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