如果你经常玩电子游戏，或者你看过皮克斯或迪斯尼最近几年的动画片，你已经在不知不觉中看到了光线追踪的效果。

在过去两年左右的时间里，这个词在游戏行业引起了很大的轰动，它被吹捧为游戏图形的未来。那么什么是光线跟踪，它是如何工作的，为什么它如此重要呢？

什么是射线追踪(ray tracing)？

光线跟踪是一种图形渲染方法，它使用算法计算视频游戏中灯光和阴影的位置。

这就是小学科学派上用场的地方：看看杯子。当你看着杯子时，光线从杯子上直接反射到你的眼睛里，你的大脑就会明白坐在你面前的物体就是一个杯子。现在，从杯子里，移动你的眼睛，找到你房间里的光源。那是光线追踪。

在我们现在拥有的3D视频游戏中，光线跟踪算法从玩家的视角开始，开始“跟踪”、识别和绘制屏幕上多个对象的光、颜色和阴影。

因此，通过光线跟踪生成的图形边缘更平滑，更逼真。

光线跟踪前

如果你想知道光线追踪之前的运动图像是什么样子的，只需看看21世纪初**的视频游戏，并将它们与目前市场上的AAA视频游戏进行比较。

传统的计算机图形学使用一种称为光栅化的方法，将三维光源的概念和绘图转换到二维表面上。三维多边形被转换成二维像素，这并不总是很顺利，因为实际上是将具有许多曲面的复杂对象强制到平面上。

除此之外，传统电脑的速度远远赶不上电子游戏的强度。尽管在光栅化方面已经有了许多改进，但例如，当涉及到演示一个激烈的第一人称射击游戏时，它与光线跟踪相比还存在不足。

光线跟踪的工作原理

光线追踪作为一个概念听起来简单而令人兴奋，但它并不是一种简单的技术。那么，光线跟踪是如何工作的呢？

光线跟踪执行一个称为“去噪”的过程，其算法从相机开始跟踪并精确定位最重要的光影阴影。使用机器学习，它“填补空白”，形成一个照片级的真实感图像。

因此，视频游戏中的场景越亮，图形质量就越高，质量越高，成本就越高。这就给我们带来了光线追踪迟迟未能进入视频游戏行业的原因。

为什么光线追踪被避免了这么长时间？

您应该知道光线跟踪也不是一种新技术。早在光线追踪技术进入电子游戏行业之前，好莱坞就已经开始使用它了。皮克斯2013年的电影《怪物大学》（M***ters University）实际上是第一部将光线跟踪技术应用于所有照明和着色的动画电影。那么为什么光线追踪这么晚才进入电子游戏呢？

首先，在力学方面，光线追踪本身的计算要求很高。在每秒24帧的标准90分钟动作片上应用光线跟踪技术已经非常耗时。动画师可以在一个场景上花费数天或数周的时间，所以想象一下，在每秒60帧的标准视频游戏上进行光线跟踪会有多强烈。这简直不切实际。

接下来，如上所述，光线跟踪成本很高。除了耗时之外，昂贵的预算也是为什么好莱坞一直只有大型电影**公司才能负担得起光线追踪的原因。皮克斯的怪兽大学耗资2亿美元**，2019年发布的《玩具总动员4》也是如此。

而支持实时光线跟踪的现代图形卡从400美元到3000美元不等。

使用光线跟踪时

光线追踪在电子游戏中几乎无处不在，但特别是在剪接场景中。你有没有注意到为什么你的角色在视频游戏中看起来更逼真和复杂？这就是光线追踪。2019 hit AAA title Control是视频游戏中光线追踪成功的最好例子。

除了视频游戏之外，光线追踪也在许多行业得到应用。在建筑学中，光线跟踪被嵌入到用于建筑三维建模的软件应用程序中。这使得建筑师对建筑设计的想象比手绘概念草图更真实，而且造型光更精确。在工程中，光线跟踪也用于类似的目的。

游戏开发者和光线追踪

在2008年收购光线追踪公司RayScale后，Nvidia成为业内第一家推出商业光线追踪的公司。2018年，它向消费者推出了GeForce RTX系列图形卡。此后，大牌游戏开发商纷纷加入光线追踪游戏，一个接一个。

2019年，Epic Games and Utility Technologies宣布，他们的标志性硬件引擎现在为光线跟踪提供本机支持。2018年，微软将光线追踪技术集成到了其Xbox One的关键多媒体和游戏编程软件DirectX 12中。在2020年初，科技巨头推出了DirectX12 Ultimate，这是对DirectX12的升级。

如果您想了解有关光线跟踪的更多信息，请查看我们对Nvidia最新GeForce RTX产品的比较。如果你是一个Linux用户，看看Nvidia和AMD的不同gpu是如何在Linux上叠加的。

光线追踪将塑造游戏的未来

从本质上说，光线追踪所承诺的是一种高质量的视觉体验，以获得最大的享受。电子游戏中的光线追踪技术仍处于早期阶段，但它进入市场标志着这一价值数十亿美元的产业前景光明。