游戏特效为什么做不到像电影特效里的那样真实

 　　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个CPU小时(更正前误写为小时)，复杂的场景要花上数十小时

电影特效

　　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CPU(更正前误写为集群)的70万倍的计算能力。

　　在21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：

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。

　　由於游戏的不确定性，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》

　　除了模型精细程度之外，好像没有一个回答提到最关键的一点——电影场景的渲染和游戏场景的渲染用的根本不是同样的算法!

　　电影场景的渲染，需要那么强的计算能力，是因为用的光线追踪(ray-tracing)算法。简单来讲，就是把场景里的每一个发光物体分割成若干发光片，每个发光片引出无数条光线，这些光线或者直射，或者在环境的物体上经过反射、折射、透射等各种光学变换在虚拟摄影机上产生光斑、颜色、强度都会被一一记录下来。若干次光学变换后，才认为该光线产生的影响可以忽略。

　　所有这样的发光片对场景的发光效果的叠加，成为最终渲染的场景图象。递归地来讲，每次都是把上次的发光片分成更细的碎片，同时把反射、折射、透射的光学变换在更多的面上做细，直到前后两次产生的图象差值小于某个给定阈值，才算递归结束。详细的解释可以参照wiki的光线跟踪部分。

　　很明显，这样的算法纯粹是仿真自然界光线成像的原理，所以只要建模足够精细，产生的渲染结果会非常真实——因为现实中光线就是这么产生图象的。当然，这样的算法需要强大的计算能力，模型越复杂，图象越精细，计算能力的要求就越高。实际上美国有很多这样的公司叫做渲染农场(直译render farm)，他们的服务器就是为这样高度并行的计算优化，承接各种电影特效的渲染计算。在云计算这个词出现之前，这种云计算平台早就存在了。你以为皮克斯(Pixar)只是动画工作室吗?错!它首先是一个超级计算机(甚至出租他们的计算服务renderman)。精美的渲染是非常非常昂贵的，需要砸重金进去的，这就是为什么国内特效惨不忍睹的原因之一。

　　游戏场景的渲染，当然不可能有那么强的计算能力供玩家随意调配，所以用的是各种近似算法。显卡的计算能力都是为这些近似算法服务的。显然这些近似算法也只能做到一定程度的近似，特别是各种复杂的光线场景，都是预先贴好反射、计算好散射的效果，在纹理贴图上就已经考虑进去。当然，这种效果看起来就是不那么真实。

(更多游戏资讯请访问叶子猪游戏资讯中心：http://news.yzz.cn/)