Capcom如何將路徑追蹤技術(shù)引入RE ENGINE并應(yīng)用于兩款新作

Capcom的RE ENGINE團隊同時在《生化危機 Requiem》和《PRAGMATA》兩款游戲中推進路徑追蹤技術(shù)落地，兩款作品各具不同的視覺風(fēng)格定位。

歷經(jīng)兩年研發(fā)，RE ENGINE團隊搭建了一套參考路徑追蹤器，并在對標(biāo)主流DCC路徑追蹤器完成光照驗證后，將其演進為面向游戲優(yōu)化的實用版本，深度整合了DLSS與NVIDIA RTX Kit。

最終成果顯著：直接光照現(xiàn)已通過路徑追蹤器處理，徹底取代了傳統(tǒng)陰影貼圖；游戲進行時與過場動畫之間的視覺差距大幅縮小；兩款游戲中的發(fā)絲渲染也實現(xiàn)了實時光線透射效果。

NVIDIA游戲團隊與RE ENGINE團隊深入交流了從光線追蹤遷移至路徑追蹤的全過程、內(nèi)容管線的變化以及渲染器的未來規(guī)劃。

為何選擇此時在《生化危機 Requiem》和《PRAGMATA》中引入路徑追蹤？

RE ENGINE長期深耕渲染技術(shù)，涵蓋光線追蹤，致力于打造更具沉浸感的游戲體驗?！渡C Requiem》與《PRAGMATA》對光照的依賴程度日益加深——無論是陰暗氛圍、復(fù)雜材質(zhì)還是自然反射，光照質(zhì)量都直接影響玩家體驗。

游戲團隊希望間接光照與反射能夠在整個場景中自然融合，而非逐一手動調(diào)整。NVIDIA路徑追蹤與幀生成技術(shù)的持續(xù)進步，使得原本僅限于離線渲染的畫質(zhì)得以在實時游戲中實現(xiàn)。

我們也希望為高端PC用戶提供只有強勁硬件才能實現(xiàn)的極致體驗。

路徑追蹤技術(shù)的引入，是多年研發(fā)積累、游戲團隊的創(chuàng)作訴求、外部技術(shù)的成熟以及市場環(huán)境的變化共同促成的結(jié)果。

在開發(fā)版本中，看到光照在整個場景中自然銜接的那一刻令人印象深刻——此前需要逐一調(diào)整的反射與間接光照開始形成統(tǒng)一的空間感，讓我們對實時渲染邁入新世代充滿信心。

我們也持續(xù)推動知識共享與跨團隊培訓(xùn)，覆蓋技術(shù)美術(shù)師和美術(shù)師等渲染工程師以外的崗位。要有效運用新一代光照技術(shù)，僅有技術(shù)本身遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，團隊還需要具備將其融入真實游戲開發(fā)流程的制作結(jié)構(gòu)與專業(yè)能力。我們將路徑追蹤視為實時渲染演進歷程中的重要轉(zhuǎn)折點，而不僅僅是視覺層面的升級。

如何在多個游戲項目中完成從光線追蹤到路徑追蹤的技術(shù)演進？

兩支團隊攜手合作，在《生化危機 Requiem》和《PRAGMATA》發(fā)布前用兩年時間持續(xù)打磨畫質(zhì)。我們首先開發(fā)了一套參考路徑追蹤器，隨后構(gòu)建了針對DLSS Ray Reconstruction降噪優(yōu)化的游戲向路徑追蹤器。參考路徑追蹤器在與主流DCC路徑追蹤器對照驗證光照細(xì)節(jié)表現(xiàn)與反彈結(jié)果的過程中得到了持續(xù)完善。

游戲版本隨后經(jīng)過精簡，以高效運行于實時環(huán)境中。

技術(shù)美術(shù)師主導(dǎo)了游戲內(nèi)的集成工作，使路徑追蹤得以同步引入兩款游戲。當(dāng)某些元素難以正確支持時——例如依賴模糊濾鏡的透明燈罩——團隊會迅速將問題及改進方案同步給所有相關(guān)人員，推動路徑追蹤在游戲中穩(wěn)定落地。

路徑追蹤實現(xiàn)方案與此前的光線追蹤渲染器相比有哪些區(qū)別？

此前，光線追蹤僅用于間接光照。在《PRAGMATA》和《生化危機 Requiem》中，它同樣應(yīng)用于直接光照。角色光照的提升尤為明顯，陰影層次感和間接照明效果都得到了顯著改善。

傳統(tǒng)光線追蹤依賴陰影貼圖，后者往往受限于分辨率。在過場動畫中，由于陰影經(jīng)過手動調(diào)整，這一問題相對不明顯；但在游戲?qū)崣C畫面中，光照質(zhì)量的不足則會更加突出。路徑追蹤始終處于激活狀態(tài)，游戲畫面與過場動畫之間的視覺落差因此大幅縮小。

如何確保光線追蹤和路徑追蹤在各類設(shè)備上均可穩(wěn)定運行？

《生化危機 Requiem》和《PRAGMATA》以相對封閉的場景環(huán)境為主，這對我們有所助益。此外，RE ENGINE采用基于RayQuery的光線追蹤方案，支持隨時對光線追蹤進行持續(xù)驗證，為跨設(shè)備穩(wěn)定運行奠定了堅實基礎(chǔ)。

降噪是路徑追蹤的核心挑戰(zhàn)之一，NVIDIA DLSS Ray Reconstruction相比手寫Shader方案提供了更快、更穩(wěn)定的降噪效果，是我們實現(xiàn)方案的重要基礎(chǔ)。

此外，我們還需要針對存在幾何缺失的破損區(qū)域優(yōu)化反射與陰影效果。在此前基于陰影貼圖的光線追蹤方案中，AlphaTest并不會帶來特殊問題；但在路徑追蹤中，生成軟陰影需要在光線命中時在Shader中對鏤空區(qū)域進行評估。若在每次光線命中時都執(zhí)行AlphaTest的紋理采樣，開銷過大。為此，我們創(chuàng)建了一種輕量級的ScreenSpaceAlphaTest方法，將光線命中位置與屏幕空間深度進行比較，以判斷光線是否應(yīng)穿透該區(qū)域。

在使用NVIDIA RTX Kit和DLSS 4時，如何在復(fù)雜場景中管理采樣、噪點與降噪？

對于自發(fā)光采樣，若僅依靠BSDF采樣結(jié)果，貢獻只會在命中時累積，會產(chǎn)生大量噪點。為此，我們引入了專用的Next Event Estimation（NEE）采樣結(jié)構(gòu)。此外，為降低IBL主導(dǎo)的室內(nèi)場景中的噪點，我們采用ReSTIR GI對有效路徑進行采樣。我們并未直接使用RTX Kit中的現(xiàn)成實現(xiàn)，而是根據(jù)公開論文自行重新實現(xiàn)了ReSTIR GI。

路徑追蹤如何改變了內(nèi)容管線——尤其是《PRAGMATA》的科幻環(huán)境與《生化危機 Requiem》的寫實風(fēng)格在材質(zhì)與光照上的差異？

在兩款游戲中，路徑追蹤均提升了全局光照與鏡面反射質(zhì)量，推動了各自藝術(shù)視覺的高品質(zhì)實現(xiàn)?！渡C Requiem》著重還原現(xiàn)實世界，高精度路徑追蹤光照大幅提升了場景整體的一致性與空間可信度。它也使資產(chǎn)質(zhì)量與實現(xiàn)問題更易于發(fā)現(xiàn)，因此我們不僅對光照進行了全面審查，也對資產(chǎn)制作規(guī)范、實現(xiàn)規(guī)則和質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)進行了系統(tǒng)梳理，最終建立起貫穿整個內(nèi)容管線的質(zhì)量保障開發(fā)流程。

路徑追蹤與發(fā)絲渲染同樣高度契合，Grace的發(fā)絲在實時光線透射下呈現(xiàn)出顯著的體積感與材質(zhì)質(zhì)感。

對于《PRAGMATA》而言，路徑追蹤與其硬表面科幻環(huán)境高度兼容，高品質(zhì)反射全面提升了畫面表現(xiàn)力。由于表面精度、法線與材質(zhì)設(shè)置對最終畫面的影響更為直接，具備反射意識的資產(chǎn)制作與質(zhì)量審查變得愈發(fā)重要，內(nèi)容管線也隨之進化，將質(zhì)量管控從光照階段前移至資產(chǎn)制作階段。

《PRAGMATA》同樣采用了發(fā)絲渲染：結(jié)合路徑追蹤透射效果，頻繁的三維運動與Diana的長發(fā)相得益彰，使動作呈現(xiàn)更具動感。實現(xiàn)Diana的長發(fā)需要克服發(fā)絲數(shù)量、骨骼數(shù)量與物理控制優(yōu)化等多重難題，這離不開從《生化危機 Requiem》中積累的經(jīng)驗以及RE ENGINE團隊與《PRAGMATA》團隊的通力合作。

兩款游戲均需同時兼容路徑追蹤、現(xiàn)有光線追蹤以及基于探針的GI光照方案。

開啟路徑追蹤后，《生化危機 Requiem》最顯著的視覺提升體現(xiàn)在哪里？

是物體存在于場景中的真實感。正確描繪物體相互接觸的區(qū)域，需要精準(zhǔn)的陰影與間接光照結(jié)果。角色面部尤為如此，這也是上述視覺效果最集中呈現(xiàn)的區(qū)域。這種品質(zhì)水準(zhǔn)只有通過路徑追蹤計算全局光照才能實現(xiàn)。此外，間接光照產(chǎn)生的陰影賦予了場景獨特的立體感與落地感，這是路徑追蹤獨有的視覺特質(zhì)。

這一級別的畫面質(zhì)量，傳統(tǒng)光柵化技術(shù)難以企及。

Q&A

Q1：RE ENGINE的路徑追蹤與此前的光線追蹤在技術(shù)上有哪些核心區(qū)別？

A：最大的區(qū)別在于直接光照的處理方式。此前光線追蹤只用于間接光照，而《生化危機 Requiem》和《PRAGMATA》中路徑追蹤同時覆蓋直接光照，徹底取代了傳統(tǒng)陰影貼圖。此外，路徑追蹤始終處于激活狀態(tài)，游戲?qū)崣C畫面與過場動畫之間的視覺差距因此大幅縮小，角色光照的層次感與間接照明效果也得到了顯著提升。

Q2：Capcom是如何解決路徑追蹤中AlphaTest性能開銷過高的問題的？

A：Capcom開發(fā)了一種輕量級的ScreenSpaceAlphaTest方法。由于在每次光線命中時都執(zhí)行完整的AlphaTest紋理采樣開銷過大，該方法改為將光線命中位置與屏幕空間深度進行比較，以判斷光線是否應(yīng)穿透鏤空區(qū)域，在保證軟陰影效果的同時有效控制了性能開銷。

Q3：路徑追蹤對《PRAGMATA》和《生化危機 Requiem》的發(fā)絲渲染有哪些具體提升？

A：兩款游戲均采用了發(fā)絲渲染，并結(jié)合路徑追蹤光線透射效果實現(xiàn)了顯著提升?！渡C Requiem》中Grace的發(fā)絲在實時光線透射下呈現(xiàn)出更強的體積感與材質(zhì)質(zhì)感；《PRAGMATA》中Diana的長發(fā)則借助路徑追蹤透射與頻繁的三維運動相結(jié)合，使動作表現(xiàn)更具動感。實現(xiàn)Diana的長發(fā)還克服了發(fā)絲數(shù)量、骨骼數(shù)量與物理控制優(yōu)化等多重技術(shù)難題。