光線(xiàn)跟蹤：下一代顛覆性的視頻技術(shù)

近日，Imagination Technologies公司CEO(首席執行官) Hossein Yassaie爵士在京表示，其VPU（視頻處理單元） IP--PowerVR要推出光線(xiàn)跟蹤等視頻技術(shù)，并認為光線(xiàn)跟蹤可能是一種顛覆性的技術(shù)，會(huì )在未來(lái)三四年改變GPU的市場(chǎng)。

電影《阿凡達》這部純計算機制作的影片就實(shí)現了光線(xiàn)跟蹤技術(shù)。將來(lái)這種新技術(shù)會(huì )誕生一些更有意思的游戲，或者大家在網(wǎng)上購物時(shí)甚至能把虛擬的物品在家里就可以看到。

                        光線(xiàn)跟蹤：劃時(shí)代的渲染方式
光線(xiàn)跟蹤是一個(gè)不同于現有的圖像技術(shù)的一個(gè)新興的技術(shù)概念。我們現有的所有計算的模型都是基于紋理渲染的。什么是紋理渲染？你會(huì )看到所有的計算的游戲也好，包括它創(chuàng )造的一些電影場(chǎng)景也好，里面的現場(chǎng)感和盡量模擬真實(shí)物理的方式都是通過(guò)預先做好的渲染好的貼圖和紋理做成的。它有一個(gè)很大的問(wèn)題是會(huì )消耗大量的人力和精力，以便做到盡可能趨近于真實(shí)場(chǎng)景的方式；同時(shí)因為很多貼圖都是預先渲染好的，所以它對光線(xiàn)的限制/臨場(chǎng)感覺(jué)的限制就非常大。

例如，如果你渲染一輛車(chē)，通常不能改變它的角度；如果稍微改變一下它的角度，就要重新再去做紋理。你要盡量模擬自然光線(xiàn)的話(huà)，它的光線(xiàn)照射角度，包括折射、反射、漫反射等都是不一樣的。

光線(xiàn)跟蹤技術(shù)是未來(lái)的一個(gè)劃時(shí)代的新興的渲染方式，它是一個(gè)顛覆性的創(chuàng )新，它把傳統的預渲染好的紋理貼圖的方式變成了最自然的光線(xiàn)渲染的方式，也就是最接近我們自然逼真的場(chǎng)景。

事實(shí)上，今天我們的雙眼能夠看到的場(chǎng)景全部都是因為光，通過(guò)光源在不斷地反射、漫反射和折射到各個(gè)不同的物理材質(zhì)上所發(fā)生的一些光學(xué)的變化。光線(xiàn)跟蹤技術(shù)簡(jiǎn)單地講，就是跟蹤每一個(gè)由光源發(fā)出的光線(xiàn)，讓它經(jīng)過(guò)不同的物理材質(zhì)，給這些物理材質(zhì)賦予不同的反射折射的特性，從而體現出一個(gè)非常接近于真實(shí)場(chǎng)景的渲染。

                               光線(xiàn)跟蹤的歷史
光線(xiàn)的跟蹤實(shí)際上早已應用在了很多產(chǎn)品上，包括現在最主流的應用方向是廣告和電影業(yè)，它已經(jīng)存在于這個(gè)行業(yè)里面很多年了。但是現在的主要問(wèn)題是如何要做到很真實(shí)、逼真的場(chǎng)景感，這樣的光線(xiàn)跟蹤技術(shù)的實(shí)現需要動(dòng)用大量的服務(wù)器，它現在還是基于非常龐大的CPU服務(wù)器陣列的方式來(lái)實(shí)現的。也有一些工具是通過(guò)其他的GPU，但是也是軟件方式來(lái)實(shí)現的。

它帶來(lái)了兩個(gè)大問(wèn)題：第一是成本，包括功耗，包括設備本身的投入。第二是實(shí)時(shí)性，它現在還做不到實(shí)時(shí)性。例如，我們現在每一秒的動(dòng)畫(huà)可能至少24幀，甚至在現在的數據廣播中都會(huì )把它加到30幀甚至60幀。但事實(shí)上每一幀如果用傳統的光線(xiàn)跟蹤來(lái)做的話(huà)，可能都要幾個(gè)小時(shí)，所以很難達到一個(gè)實(shí)時(shí)渲染的效果。

光線(xiàn)跟蹤本身是一種理論的實(shí)現方式，它并不是一個(gè)專(zhuān)利的東西，也有很多教科書(shū)你可以看到。更多的代表Imagination技術(shù)的是它的實(shí)現手段和技術(shù)力量。所以按照現有的其他廠(chǎng)商的方式，它的功耗和成本都是非常大的。用Imagination的方式，如果我們用一個(gè)比較數量化的方式來(lái)檢驗它的性能，就是系統帶寬的占比。用傳統方式來(lái)做模型跟蹤的話(huà)，和我們自有的專(zhuān)利技術(shù)做模型跟蹤它的帶寬占用的不同的差異可以達到200倍。這也體現了Imagination的效率可以達到200倍以上的效率。Imagination更多的技術(shù)專(zhuān)長(cháng)和技術(shù)專(zhuān)利保護是在實(shí)現方式上的轉移。

最后也是最重要的，光線(xiàn)跟蹤的優(yōu)勢就是它能夠極大地節省人力資源成本，在現有渲染方式下所有的復雜場(chǎng)景都是預先渲染好的，所以它需要大量人力物力的投入。電影《阿凡達》就是應用到了光線(xiàn)跟蹤的技術(shù)。事實(shí)上，應用光線(xiàn)跟蹤技術(shù)已經(jīng)極大地減少了它的工作量，但是它仍然耗費了三年的時(shí)間。如果用新的技術(shù)，實(shí)際上可以大大地節省人力物力。

                         未來(lái)潛力大
在過(guò)去，我們視頻資源基本上只來(lái)自于數字電視廣播，但是自從出現了Youtube這樣視頻網(wǎng)站之后,每一個(gè)人都可以成為一個(gè)內容的制造者和傳播者，極大地豐富了視頻和我們生活中視頻的使用。同樣，我們也相信光線(xiàn)跟蹤會(huì )在未來(lái)帶來(lái)一個(gè)劃時(shí)代的改變，它不光是在渲染方式上劃時(shí)代的轉變，更多的是在內容豐富層面上的劃時(shí)代的改變。