光線跟蹤：下一代顛覆性的視頻技術(shù)

近日，Imagination Technologies公司CEO(首席執(zhí)行官) Hossein Yassaie爵士在京表示，其VPU（視頻處理單元） IP--PowerVR要推出光線跟蹤等視頻技術(shù)，并認為光線跟蹤可能是一種顛覆性的技術(shù)，會在未來三四年改變GPU的市場。

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

                        光線跟蹤：劃時代的渲染方式
光線跟蹤是一個不同于現(xiàn)有的圖像技術(shù)的一個新興的技術(shù)概念。我們現(xiàn)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？你會看到所有的計算的游戲也好，包括它創(chuàng)造的一些電影場景也好，里面的現(xiàn)場感和盡量模擬真實物理的方式都是通過預先做好的渲染好的貼圖和紋理做成的。它有一個很大的問題是會消耗大量的人力和精力，以便做到盡可能趨近于真實場景的方式；同時因為很多貼圖都是預先渲染好的，所以它對光線的限制/臨場感覺的限制就非常大。

例如，如果你渲染一輛車，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的話，它的光線照射角度，包括折射、反射、漫反射等都是不一樣的。

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

事實上，今天我們的雙眼能夠看到的場景全部都是因為光，通過光源在不斷地反射、漫反射和折射到各個不同的物理材質(zhì)上所發(fā)生的一些光學的變化。光線跟蹤技術(shù)簡單地講，就是跟蹤每一個由光源發(fā)出的光線，讓它經(jīng)過不同的物理材質(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(xiàn)出一個非常接近于真實場景的渲染。

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

它帶來了兩個大問題：第一是成本，包括功耗，包括設備本身的投入。第二是實時性，它現(xiàn)在還做不到實時性。例如，我們現(xiàn)在每一秒的動畫可能至少24幀，甚至在現(xiàn)在的數(shù)據(jù)廣播中都會把它加到30幀甚至60幀。但事實上每一幀如果用傳統(tǒng)的光線跟蹤來做的話，可能都要幾個小時，所以很難達到一個實時渲染的效果。

光線跟蹤本身是一種理論的實現(xiàn)方式，它并不是一個專利的東西，也有很多教科書你可以看到。更多的代表Imagination技術(shù)的是它的實現(xiàn)手段和技術(shù)力量。所以按照現(xiàn)有的其他廠商的方式，它的功耗和成本都是非常大的。用Imagination的方式，如果我們用一個比較數(shù)量化的方式來檢驗它的性能，就是系統(tǒng)帶寬的占比。用傳統(tǒng)方式來做模型跟蹤的話，和我們自有的專利技術(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(xiàn)了Imagination的效率可以達到200倍以上的效率。Imagination更多的技術(shù)專長和技術(shù)專利保護是在實現(xiàn)方式上的轉(zhuǎn)移。

最后也是最重要的，光線跟蹤的優(yōu)勢就是它能夠極大地節(jié)省人力資源成本，在現(xiàn)有渲染方式下所有的復雜場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》就是應用到了光線跟蹤的技術(shù)。事實上，應用光線跟蹤技術(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間。如果用新的技術(shù)，實際上可以大大地節(jié)省人力物力。

                         未來潛力大
在過去，我們視頻資源基本上只來自于數(shù)字電視廣播，但是自從出現(xiàn)了Youtube這樣視頻網(wǎng)站之后,每一個人都可以成為一個內(nèi)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，我們也相信光線跟蹤會在未來帶來一個劃時代的改變，它不光是在渲染方式上劃時代的轉(zhuǎn)變，更多的是在內(nèi)容豐富層面上的劃時代的改變。