光线跟踪：下一代颠覆性的视频技术

近日，Imagination Technologies公司CEO(首席执行官) Hossein Yassaie爵士在京表示，其VPU（视频处理单元） IP--PowerVR要推出光线跟踪等视频技术，并认为光线跟踪可能是一种颠覆性的技术，会在未来三四年改变GPU的市场。

电影《阿凡达》这部纯计算机制作的影片就实现了光线跟踪技术。将来这种新技术会诞生一些更有意思的游戏，或者大家在网上购物时甚至能把虚拟的物品在家里就可以看到。

                        光线跟踪：划时代的渲染方式
光线跟踪是一个不同于现有的图像技术的一个新兴的技术概念。我们现有的所有计算的模型都是基于纹理渲染的。什么是纹理渲染？你会看到所有的计算的游戏也好，包括它创造的一些电影场景也好，里面的现场感和尽量模拟真实物理的方式都是通过预先做好的渲染好的贴图和纹理做成的。它有一个很大的问题是会消耗大量的人力和精力，以便做到尽可能趋近于真实场景的方式；同时因为很多贴图都是预先渲染好的，所以它对光线的限制/临场感觉的限制就非常大。

例如，如果你渲染一辆车，通常不能改变它的角度；如果稍微改变一下它的角度，就要重新再去做纹理。你要尽量模拟自然光线的话，它的光线照射角度，包括折射、反射、漫反射等都是不一样的。

光线跟踪技术是未来的一个划时代的新兴的渲染方式，它是一个颠覆性的创新，它把传统的预渲染好的纹理贴图的方式变成了最自然的光线渲染的方式，也就是最接近我们自然逼真的场景。

事实上，今天我们的双眼能够看到的场景全部都是因为光，通过光源在不断地反射、漫反射和折射到各个不同的物理材质上所发生的一些光学的变化。光线跟踪技术简单地讲，就是跟踪每一个由光源发出的光线，让它经过不同的物理材质，给这些物理材质赋予不同的反射折射的特性，从而体现出一个非常接近于真实场景的渲染。

                               光线跟踪的历史
光线的跟踪实际上早已应用在了很多产品上，包括现在最主流的应用方向是广告和电影业，它已经存在于这个行业里面很多年了。但是现在的主要问题是如何要做到很真实、逼真的场景感，这样的光线跟踪技术的实现需要动用大量的服务器，它现在还是基于非常庞大的CPU服务器阵列的方式来实现的。也有一些工具是通过其他的GPU，但是也是软件方式来实现的。

它带来了两个大问题：第一是成本，包括功耗，包括设备本身的投入。第二是实时性，它现在还做不到实时性。例如，我们现在每一秒的动画可能至少24帧，甚至在现在的数据广播中都会把它加到30帧甚至60帧。但事实上每一帧如果用传统的光线跟踪来做的话，可能都要几个小时，所以很难达到一个实时渲染的效果。

光线跟踪本身是一种理论的实现方式，它并不是一个专利的东西，也有很多教科书你可以看到。更多的代表Imagination技术的是它的实现手段和技术力量。所以按照现有的其他厂商的方式，它的功耗和成本都是非常大的。用Imagination的方式，如果我们用一个比较数量化的方式来检验它的性能，就是系统带宽的占比。用传统方式来做模型跟踪的话，和我们自有的专利技术做模型跟踪它的带宽占用的不同的差异可以达到200倍。这也体现了Imagination的效率可以达到200倍以上的效率。Imagination更多的技术专长和技术专利保护是在实现方式上的转移。

最后也是最重要的，光线跟踪的优势就是它能够极大地节省人力资源成本，在现有渲染方式下所有的复杂场景都是预先渲染好的，所以它需要大量人力物力的投入。电影《阿凡达》就是应用到了光线跟踪的技术。事实上，应用光线跟踪技术已经极大地减少了它的工作量，但是它仍然耗费了三年的时间。如果用新的技术，实际上可以大大地节省人力物力。

                         未来潜力大
在过去，我们视频资源基本上只来自于数字电视广播，但是自从出现了Youtube这样视频网站之后,每一个人都可以成为一个内容的制造者和传播者，极大地丰富了视频和我们生活中视频的使用。同样，我们也相信光线跟踪会在未来带来一个划时代的改变，它不光是在渲染方式上划时代的转变，更多的是在内容丰富层面上的划时代的改变。