PC 遊戲畫面做到電影水準需要怎樣級別的硬件支持? | 知乎問答精選

 

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PC 遊戲畫面做到電影水準需要怎樣級別的硬件支持?

2018年10月21日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 9 ℃ 次

【Filestorm的回答(150票)】:

《指環王》本身包含的大量CG,也是拿電腦一幀一幀渲染出來的。之所以遊戲上的CG看起來還有些假,根本的限制來自實時性:遊戲要保證在台式機上每秒30幀的刷新率。

為了讓玩家早日在主流電腦上流暢地玩《指環王》級別畫質的遊戲作品,CS科學界在下面兩方面都在不斷努力著:

1. 更強的硬件。2004年的高配是GeForce FX 6800,其Texture fillrate: 5.6 GOps/s。到了2014年,GeForce GTX Titan Black的Texture fillrate是 213 GOps/s

2. 更好的計算模型,設計新的CG算法,以更低複雜度、更快速度,呈現更逼真的效果。每年SIGGRAPH 幾乎都會有這樣的算法,從頭髮到雨雪。

至於到多久以後,遊戲在高配電腦上的畫質能超過2014年的指環王?我覺得10年內有希望(當然,如果那時候我們還以現在的這種「傳統」形式玩遊戲的話)。

=====先上圖=====

《孤島驚魂》,2004年作品,CryENGINE 1.3 當時深深震撼了多少玩家。

2014年,還是CryTeK 不過現在已經是CryENGINE 3了。《羅馬之子》大概能代表PC端遊戲畫面的最高水準。

在CG研究領域裡,2004年的SIGGRAPH大概是這樣的:

Simulating Water and Smoke with an Octree Data Structure

研究煙霧穿過一個球體時的計算模擬模型。研究煙霧穿過一個球體時的計算模擬模型。

2013年SIGGRAPH我印象比較深的一篇是:

A material point method for snow simulation

研究雪的冰晶聚合與被打散過程中的計算模擬模型。

=====總結=====

理論上,低效的有限元法總是可以根據最最基礎的微觀力學模型模擬複雜的群體行為。但是無論是04年的煙還是13年的雪,都是更為高效的近似算法,極大地(5次方甚至更多的量級)降低了算法複雜度。

如果沒有研究上的這些近似,想通過分析每個粒子的行為,比如煙、雪、水等,所需要的計算資源甚至是連電影CG工作站都吃不消的。

=====2014.10.14補充=====

煙霧那文章是求Poisson equation的近似解,主要貢獻是把整個系統分解成更好的octree網格,然後分而治之快速求解。湍流是混沌效應的一種,換言之,稍微近似得狠一點,結果就會差很遠。CG和Computational aerodynamics的區別,但是前者的標準是「讓一般人一眼看不出區別」,後者的標準是「能比較精確地反映某個尺度下的某些物理現象」。而且無論如何,100%的精確是不可能的,因為總有non-deterministic chaos + uncertainty

【劉義的回答(46票)】:

這個電影級的說法很模糊

因為即使我們以現在的眼光去看很多年前的電影,我們也會覺得假,比如你現在看婦聯,看鋼鐵俠1這些,你都會覺得前景和背景是分離的,是很假的

而幾年前的cg電影,和如今的cg電影,一樣有不少區別,舉例來說就是馴龍高手1和馴龍高手2的畫面你一眼都能看出區別

所以如此看來,電影一直都是走在其他視覺表現形式之前,也就是說你的標準總是被有意或無意的被刷新。那麼你永遠也不會覺得遊戲的畫面實現了電影的效果

話又說回來了,我之前舉過無數次例子的幾個PS4,包括XO的遊戲,其實他們的畫面都挺不錯的

比如今年TGS展示過的《最終幻想15》的畫面效果

可說在不經意間一看的情況下,人物的表現已經具有了FF7劇場版電影的水準了

以及同樣是今年TGS展示過的《合金裝備5幻痛》的畫面效果

這個遊戲因為需要兼顧PS3以及PS4兩個世代的主機,外加實現了60幀以及是沙箱的玩法,所以畫面上打了折扣,但是實際的畫面,尤其是人物的表現依然是很優異的

神海4和1886的例子很多人應該都知道了,我也懶得舉例了,這裡貼一個《使命召喚尖峰戰事》的圖片,這個部分暫時並沒有明說是否是遊戲機渲染的,需要等待後續消息說明

不過第三張圖片是在遊戲過程中所遇到的一處,所以是實際遊戲畫面效果

=====

另外說起遊戲畫面所能達到的程度,自然不能忘了索尼PS4那個最著名的例子了

E3的索尼發佈會裡,索尼一段技術演示畫面極其驚人,幾乎已經達到了完全CG的效果

當時那段演示也引起了大家的熱議,後來E3開了一場發佈會之外的短會,製作人也出來介紹過這個demo

=====

由上述可以看出,主機遊戲未來說不定會實現題主想要的要求

並且PC性能實際上遠遠凌駕於主機,因此理論上是不存在什麼不可能的

但是問題在於PC上的開發者並不會對這個平台拼盡全力的去做遊戲,這就導致玩家並不知道一款遊戲畫面的極限究竟應該是什麼樣

其實題主也可以過個幾年再重新回顧,看看那時候主機遊戲是否兌現了當初的承諾,做出了電影級的畫面

最後再說一句,如果是題主所說的那種指環王。。。

那想都別想了,電影裡的千軍萬馬數量雖多,但實際上都是花時間渲染出來的

但是落實到遊戲裡,那就變成了實打實需要占資源的一件事情,即使你擺出一大堆什麼都不能做的模型兵,那也需要耗費很多的資源

更不要說如果你再給這些兵加入其他的運算資源了

但是反過來說,如果你只集中於處理一兩個東西,那麼畫面做到非常非常的真實也並不是難事

【YongHe的回答(32票)】:

我認為在光線追蹤用於遊戲之前,遊戲和電影的差距短時間內是難以彌補的。全局光照和超高精細度的Geometry只有在光線追蹤的框架下才較好的集成。遊戲中的各種aliasing也是導致其畫面看起來很假的重要原因。消除aliasing的代價可以很大,精細的Geometry對anti-aliasing提出了更高的要求。電影中一個像素往往有幾百個sample。而目前基於暴力的光柵化渲染架構並不scalable。

各大顯卡廠商目前都在研究開發光線追蹤硬件。儘管目前的原型都還不足以支持實時渲染任何光柵化渲染不能完美達到的效果(如多光源軟陰影和Glossy Reflection),但目前state of the art的光線追蹤實現已經能以可交互的速度(~5fps)渲染接近電影級的圖像。

在可預見的未來,整個大的趨勢是渲染架構將向光線追蹤轉移。當我們可以將光線追蹤的性能提高到今天的100倍的時候,我們將可以在遊戲中看到電影級的畫質。

這要多久呢?不好說,但我估計10年在技術上或許可以實現,光線追蹤廣泛用於遊戲需要更久,15-20年都有可能。

【孟德爾的回答(11票)】:

要是要求做到玩具總動員那個樣,現在的機器肯定是夠了,某些硬指標當然達不到,但整體觀感肯定是比當年強,畢竟都是光柵化渲染,現在的特效比當年還多。

如果是指環王,現在的工作站並聯也辦不到吧,PC更不可能了。

從玩具總動員那個例子看,用最頂級硬件做15年以前水平的畫面應該可以,指環王就是2020年?

要是想用光線追蹤,需要等待原理突破,照現在顯卡的發展趨勢,完全不可能。

【EdwardLiu的回答(6票)】:

不知道算不算跑題,分享一下這篇文章,講了VisualFX市場上主流的渲染器:The State of Rendering

Pixar的電影每一幀渲染的需要跑10幾個小時,他們會有10000+core的計算機群同時運行許多渲染作業。個人覺得就算光線追蹤真的快起來了,所有基於大量採樣的離線算法也不會直接應用在遊戲中,最直接的應用也許是陰影和鏡面反射吧。只不過有了光線追蹤這個基本工具遊戲會多了許多去cheat的可能性(例如插值ray traced shadow與PCF去實現contact hardening shadow等)。對於遊戲來說, If you don't cheat, you are just not trying hard enough ;)

【孫偉的回答(3票)】:

其實以貼圖質量、光影特效等方面來看,現在的遊戲畫面已經很出色了,不同遊戲畫面有不同風格,有的喜歡寫實,有的喜歡濃艷,有的喜歡模糊。而人物建模做到《孤島危機3》那樣效果已經很好了。

現在關鍵的難點其實是對植被、流體和布料的模擬。

先說植被,《孤島危機》的植被效果已經很不錯了,但是如果你仔細看地上的草,還是會發現很多粗糙之處。然後就是樹葉,遊戲引擎當然可以增加樹葉數量,但那樣的話負載太高了,記得是當年NVIDIA發佈GeForce 2時展示過一個渲染樹木的Demo,裡面樹的精度可以自己調節。如果無限增加,用現在的GTX 680渲染,幀率都會暴跌至25以下……

流體,當初《半條命2》呈現出了出色了水面映射效果,但那還遠遠不夠,皮划艇在水面劃過應該對水波紋產生怎樣的精確模擬,裡面有大量的計算,然後就是下雨的真實模擬。

至於布料,絕不僅僅限於風中的抖動,人物在起身站立跑步摔倒等不同姿勢之間切換,衣服應該表現出怎樣的褶皺效果,還有很大提升空間。

另外的就是孟德爾所說的光柵化渲染,要把圖像轉換成柵格化,採樣就會帶來畫質的損失,反鋸齒也不能解決所有問題,最好的辦法就是提升採樣分辨率,比如NVIDIA最新的DSR技術,可以讓顯卡以4K分辨率渲染然後「縮放」到1080p顯示屏上,相當於提升了遊戲時顯示器的ppi。

【XiYang的回答(1票)】:

同等技術條件下,總是會有顯著差距的。因為人家電影可以用幾十分鐘渲染一幀,甚至更長的時間渲染一些關鍵幀;而玩遊戲的時候,必需在幾十毫秒完成。由於這個時間限制,允許的計算資源明顯差了很多個數量級。

由於這個允許時間上的差異,電影在渲染圖像的時候,會使用相對「真實」的算法,比如光子發射、分塊計算輻照等等。而遊戲使用的算法基於固定的管線,場景局部性非常高。全局效果要麼使用預渲染的貼圖(作為光源等),要麼在屏幕空間進行(信息有限,會有瑕疵),是無法與「真實」的算法相比的。

除非技術發展到那種程度,讓非常仿真的畫面也能夠在幾十毫秒內完成。

【MagericMageric的回答(0票)】:

實時渲染想要到CG的質量,硬件上要更新,算法設計上也必須提升,瓶頸是同時存在的

【知乎用戶的回答(0票)】:

2013 e3的看門狗已經很逆天了……當然還差的遠 但是對比08年代的gta 不就是飛躍了麼 想都不敢想

【zhiyuanluo的回答(0票)】:

還是要區分純CGI和與照片合成的CGI。

純CGI硬件上去了比如顯卡重新設計,比如硬件光線跟蹤,還是有希望實時化的,至少做到肉眼難以區分吧。

但有些電影中是和真實照片合成的且攝像機軌跡都是精心調整過的,一般的單機遊戲就很難追了。

還有個可能就是雲計算吧,渲染好了把圖片給你傳過來,比如同一幀圖片渲染成千上萬次收斂得到的,有的算法可以做成這成千上萬次計算都是獨立的,那麼只要保證一張圖片在幾毫秒之內算完最終合成一下就好了。

【徐思源的回答(0票)】:

電影級畫質其實要求不是太高吧……參考《無主之地》,不過是動畫電影級畫質……動畫畫質就不需要太多真實物理渲染,需求響應降低的非常厲害……

【知乎用戶的回答(1票)】:

不可能。

因為電影的特效是用集群做了好幾個月的渲染實現的。而PC遊戲都是實時計算的。

除非夠土豪買個計算機集群用來打單機遊戲,光是想一想就很帶感。這個夢想只有靠王校長來實現了。

【李俊佼的回答(0票)】:

差距從來不是硬件導致的,電影是有鏡頭語言的,遊戲沒有,電影的人物動作是設計的遊戲沒有

【王二小的回答(0票)】:

天涯明月刀OL

標籤:-電影 -遊戲 -電腦遊戲 -遊戲開發 -電腦硬件


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