先前我们已经讨论过,光线追踪相对于光栅化的主要优势在于能更准确地表现动态阴影(即能根据投影物体距离而改变柔和程度的阴影),以及用更为准确和丰富的反射来正确反映屏幕外和运动的元素。再加上全局光照、环境光遮蔽和半透明等其他光线追踪效果,就能得到逼真度大大提高的结果,从而帮助观看者打消疑虑,全身心地投入虚拟世界中。
光线追踪的另一个优点是大为加快和简化阴影和反光的设置过程,不再需要光线烘焙和手动放置反射探头及平面等技术。
出人意料的是,光线追踪阴影的计算速度其实快于光栅化的级联阴影贴图,因此在需要表现移动物体的阴影时可以提高性能,例如表现风中摇摆的树叶的阴影。
那么就让我们看看实时光线追踪已经为媒体和娱乐项目带来了怎样的效益吧。
更令人信服的实时娱乐
从3A级游戏到直播,实时光线追踪从技术演示到商业化产品的转化才刚刚开始,我们可以期待在今后的几个月中看到比现在多得多的例子。最早让玩家在游戏中体验实时光线追踪的作品之一是《飞向月球》,这是荷兰独立开发商KeokeN Interactive推出的近未来末日主题科幻惊悚游戏。尽管在实时光线追踪技术面世时这款游戏已经接近完工,制作组还是以追加的方式在虚幻引擎中对阴影和反射启用光线追踪,调整了材质和光照设置来获得理想的外观。在原版游戏基础上启用RTX的更新在2019年12月发布,它还支持英伟达的DLSS,大大了提高性能并收获大量好评。
直播是另一个实时光线追踪技术得到快速推广的领域。在2019年9月,The Future Group宣布RIOT Games使用其基于虚幻引擎的AR解决方案Pixotope——配合用于实时面部动画的Cubic Motion、用于动作捕捉的Animatrik和用于摄像机跟踪的Stype——提供了第一个包含实时光线追踪和实时面部动画的直播。
这次活动发生在上海的《英雄联盟》LPL区域选拔赛上,游戏人物之一阿卡丽与现场表演者共舞,还接受了真人主持的采访。拜光线追踪所赐,角色身上的阴影质量和微妙反光使这次实况直播与先前类似性质的直播表演有天壤之别。
也是在9月,荷兰广播服务和媒体解决方案提供商NEP The Netherlands在IBC上演示了一款实时光线追踪虚拟演播室,它使用了Zero Density的Reality Engine技术,后者又是一款使用了虚幻引擎渲染器的软件产品。这个演播室展示了通过光线追踪实现的屏幕外物体反射如何显著增强场景的可信度。
更快获得最终像素输出
虽然实时表演对于线性内容(例如电视连续剧、广告和游戏预告片)并非不可或缺,但如果能够以惊人的速度渲染并实现以往只有离线渲染器才能实现的结果,当然大有益处。创新机构Capacity最近推出了它为飞车球赛游戏《火箭联盟》的官方联赛Rocket League Championship Series(RLCS)制作的第三部推介影片。和前两部推介影片一样,该团队使用了开发商Psyonix提供的原始游戏资源,提高了它们的分辨率并重做了纹理来获得电影级的保真度和真实感。但是这一次,由于虚幻引擎推出了光线追踪,该团队得以将项目改为实时渲染,而不再使用离线渲染解决方案。
团队认为,这种做法最大的好处是不仅能以不可思议的速度获得必要的高品质光照和准确反光,还改进了创作流程。
“令人激动的是,实时工作流程使创作的迭代流程大为改进,让我们能快速根据反馈进行修改。”Capacity的创意总监Ellerey Gave说,“再考虑到我们通过实时光线追踪和几乎即时的渲染(与传统的预渲染流程相比)所能实现的品质,它很快就成为我们首选的工作方式。”
以这种方式运用实时光线追踪的还不只是Capacity一家。虚幻引擎有别于其他实时引擎的部分原因是,我们会“吃自己的狗粮”,也就是拿我们自己的内部项目和已发行的各种作品对新功能进行产品级测试。Epic Games的《堡垒之夜》团队从成立以来就一直在测试虚幻引擎的光线追踪实现,现在正将它用于预告片和过场动画。《堡垒之夜》第11季第2章就是这种测试的精彩演示。它也有力地证明了,即使是并不追求照片级写实效果的风格化内容,光线追踪也能够使其丰富程度更上一层楼,从而使观众沉浸在场景中。 而如果创作者把照片般的逼真感作为目标,它所能达到的效果就更令人叹为观止了。在这个示例中,美术师Sertac Tasdemir尝试了再现《黑暗骑士》中的蝙蝠车,目标是尽最大可能模拟电影中的光照效果。正如社区网站80 Level的资深编辑Arti Sergeev所言:“结果是令人惊叹的,它促使你思考业界的未来,以及如何将以虚幻引擎为代表的引擎用于电影和动画项目。”
加快光照和外观开发
能够借助实时光线追踪提速的还不仅仅是最终画面的渲染。当用于光照和外观开发过程时,虚幻引擎使灯光师能够直接在编辑器中看到最终结果,并实时调整来优化外观。有了实时光线追踪,在某些情况下可以完全省去烘焙光源的工作——这是一种非常费时的迭代过程,需要对UV和设置做许多调整才能得到高品质的结果。实时光线追踪解决方案使灯光师能够立竿见影地工作,充分发挥他们的创作才华。
更准确的技术预览
实时光线追踪还能在镜头规划中发挥良好作用,这是我们在与Lux Machina、Magnopus、Profile Studios、Quixel、ARRI和摄影导演Matt Workman合作一个试验新虚拟制片工具集的项目时发现的。 这个在SIGGRAPH 2019揭晓的项目所演示的内容之一就是:LED幕墙不仅能为现实中的演员和道具提供环境布景,还能对他们投射灯光和反光,使得在摄像机中拍摄到最终像素成为可能。展示的镜头以夕阳下的沙漠为背景,其中演员走到某一辆摩托车前并骑上它,然后戴上一副反光的太阳镜。这个项目的目标是借助来自LED幕墙的准确反光,实现完美效果的镜头。
我作为这个项目的CG主管,使用了实时光线追踪来规划摩托车和演员相对于LED幕墙和摄像机应在的准确位置。通过这种方法,我能很快知道怎么在拍摄对象上得到最好的反光,并判断出我要从LED幕墙得到多少光照。我能够确认LED面板的布局为摩托车和演员眼镜提供了最大程度的反光覆盖。
你可以在这篇博文中更深入地了解幕后制作。
这还只是开始!
当我们迎来新的十年之际,毫无疑问,实时光线追踪之类的技术还会继续以匪夷所思的速度发展,虚拟世界将会变得完全无法与现实世界区分。一想到创作者将会利用这种技术以各种新奇的方式改变我们的生活、工作和娱乐,我们就激动不已,迫不及待地想参与这一历程。想看看实时光线追踪可以为你现有的媒体和娱乐项目带来什么吗?马上下载虚幻引擎吧。
本文是关于虚幻引擎中的实时光线追踪的系列文章之一。你还可以阅读第一章:起源、第二章:建筑可视化和第三章:汽车设计和可视化。