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【杂谈】游戏特效为什么做不到像电影特效里的那样真实？

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发表于 2014-4-9 10:48:05 | 查看: 2106| 回复: 10

一句话：「计算成本不一样。」

在《Real-Time Rendering, Third Edition (豆瓣)》(2008)的第 19.1 节谈论到动画电影和游戏在渲染上的一些比较，例如《美食总动员 (豆瓣)》(2007)中：

使用的机器群集大概有 3100 个核，每个可使用 16GB 内存
平均每帧花费 6.5 小时，复杂的场景要花上数十小时

对于游戏来说，基本要求是 30FPS，即约 0.033 秒渲染一帧。那么如果想达到 2007 年动画电影的水平，即从 6.5 小时加速至 0.033 秒，简单计算比例的话大约要该组集群的 70 万倍的计算能力。

在 20 世纪初因游戏而延生的 GPU，其运算量比 CPU 要高，单以浮点计算量来说，这篇博文作了一张比较图：

2007 年的 Xeon 大概是每核 10 GFLOPS，现在的 GTX Titan 是 4500 GFLOPS，假设现在的 GPU 计算能力是 2007 年 CPU 的 450 倍，而 GPU 继续类似摩尔定律，以每年翻倍的速度提升，大概在 16 年后，即 2030 年，实时游戏渲染的计算量能达到 1997 年动画电影渲染的计算量。

当然，这个问题还有许多因素，我尝试以乐观和悲观去分类。

乐观因素：

实时渲染的算法与离线渲染的算法不同，同样的品质下可以用更少的计算量
游戏中一些计算可以通过预计算减少每帧重复运算（其实离线渲染也有……）
人们不单纯追求真实性，也需要抽象性及艺术表现

悲观因素

除了计算量，其他方面可能追不上（内存频宽、总綫频宽）
游戏需要低延迟（low latency）而不单纯是高吞吐量（high throughput），实时渲染的问题比上述的计算量问题更难
游戏一般希望最坏的情况下达 30 FPS 而不是平均情况

但总终而言，根据以上分析，同年份的动画渲染及游戏渲染可能有相差数十万倍的性能。除非离线渲染在未来已达到人类视觉的极限（与现实无异）而不需要再提升，游戏渲染难以在同年到达动画渲染的水平。

基于计算量的差异，目前动画和游戏在渲染上的区别：

动画的模型非常精细，并且大多使用镶嵌（tessellation）技术提高曲面圆滑程度。游戏通常使用较小的模型。
离线渲染通常采用光线追踪（ray tracing）、路径追踪（path tracing）等渲染方式。游戏通常使用基于光栅化（rasterization）方式。
游戏渲染采取更大幅度的近似化（approximation）。

另外，游戏渲染含有一些和动画渲染不同的需求：

摄像机可以有限度由玩家操控，场景要更完整。动画有时候只需要在镜头内的场境有足够细节便可以。
玩家角色和非玩家角色（NPC）的动画都需要互动，并考虑不同动作之间的过度，制作方式更复杂。
一些游戏支持日夜、天气等变化，光照不能简单地预计算。
有于游戏的不确定性，许多参数需要自动生成（例如 Tone Mapping），这需要额外的计算。

简单地讲，游戏渲染有较多动态部分，动画渲染有较多静态部分。

作为游戏开发者，也仅是希望在有限的资源内做到最好。最后发两张截图比较游戏渲染的进展。

2000 年的《American McGee's_Alice》

2011 年的《Alice: Madness Returns》

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2^#

发表于 2014-4-9 16:58:20

将来我要开发一款用人脑来渲染游戏的设备

无可奈何花落去，似曾相识燕归来

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发表于 2014-4-9 17:02:19

總之是成本問題~

点评

这吐槽得非常精练23333

发表于 2014-4-9 20:50

番長(问君能有几多愁？恰似一部新番没看头。)

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发表于 2014-4-9 19:08:13 自豪地使用爪机中

是计算成本的问题

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为何而存在？

5^#

发表于 2014-4-9 22:14:24

怎么感觉是在说钱的问题……

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发表于 2014-4-9 23:13:18

一部电影都要花很多钱的，要是游戏就得不偿失了

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7^#

发表于 2014-4-9 23:44:35

最后能看到Alice表示已经很满足了虽然前面看的不怎么懂……

坛娘偷偷地在Kino的口袋里放入了 5 枚星币

我唯一能保证的是我什么都无法保证。

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8^#

发表于 2014-4-10 00:46:20

[s85]最近的3A大作显示效果都蛮不错的，比如战爹3、战爹4，做微电影完全OK

风之流转听到一声清脆的响声，低头发现了 5 枚星币

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9^#

发表于 2014-4-10 13:44:24

有钱啥都好说

御坂炮姐幸运的捡到了 10 枚星币

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10^#

发表于 2014-4-10 16:45:36 自豪地使用爪机中

但这篇文说的是技术上的问题啊，游戏里很多模型特效需要实时渲染，但GPU计算量有限，没办法在约0.033秒内渲染一帧的更多细节。算法要是革命性提升就好了，硬件的话摩尔定律不知道才能撑多少年

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