手机上“光追”，

挑战万元级显卡！ColorOS掀起手机画质新革命

如何让虚拟世界更接近真实世界？是科技产业探讨了几十年的命题。随着元宇宙概念火爆，业内对它的讨论热度也高涨起来。游戏无疑是与我们生活关系较为密切的虚拟世界之一，不论是手机游戏、PC游戏、主机游戏，还是VR/AR游戏，都是如此。从早期的2D平面动画过渡到3D游戏，经过几十年发展，如今一些大型3A游戏的画面几乎可以做到“以假乱真”，这其中非常关键的一点，就是光线追踪技术（Ray Tracing，后文简称光追）。

简单来说，自然世界物体的真实感更多来自于光影，而光线追踪技术，就是让光线反射遵循真实世界的原理呈现出来。

2018年8月1日，随着RTX 20系列显卡发布，英伟达第一次将光线追踪技术带到了大众消费级产品中，不过要享受流畅的光追游戏体验，你可能至少需要一张“万元级”显卡。即使经过三年多迭代，但是算力不足仍然是制约光追技术在PC端大范围普及的核心瓶颈，光追技术消耗的大量算力会导致游戏流畅度显著下降。到底是要光追带来的画质提升，还是要流畅度？似乎变成了鱼和熊掌不可兼得的一道选择题。而今天，这样的光线追踪技术就要在手机上实现了，没错，这并不是开玩笑。

就在前不久，ColorOS在OPPO开发者大会上正式发布了面向移动端的光线追踪技术，并且让到场用户实际体验了光追游戏Demo。也就是说，ColorOS第一次真正把光线追踪技术标准能力落到了移动端。

ColorOS究竟如何把这项“端游级”技术带到了手机上？移动光线追踪技术的发展是否会带来手机画质的新革命？通过与OPPO光追技术负责人的深入交流，我们也尝试对这些问题进行了深入挖掘。

01.手机上做光追，看似“费力不讨好”，
ColorOS在图什么？

光线追踪技术在PC游戏领域的应用不过三年多，时至今日仍然面临很多挑战，生态建设也在不断完善中。而此时ColorOS选择将光线追踪技术提前布局在移动端，其实需要很大的勇气。虽然做出这样的选择不容易，但他的目光显然看得更远。实际上，通过ColorOS在技术上地不断积累和行业及生态的布局，显然已经看到“端游技术移动化”的趋势，而这种趋势是来自于多方面的。比如最显著的一点就是算力的提升，虽然算力依然是制约光追性能的关键因素，但不可否认，手机芯片性能正在快速增长，移动芯片算力也越来越强。以苹果A系芯片的迭代为例，在过去五年里，从A10 Fusion到A15，单从基准性能测试成绩来看，芯片的性能提升了将近2.5倍。如果我们将时间线拉长，这样的提升会更加显著。

除了在自己生态内的对比，苹果A15芯片在Geekbench 5单核跑分上已经接近了英特尔和AMD的旗舰级PC处理器（两者约在1800分左右）。可以说，移动端设备正在逐渐缩小与PC端的算力差距。硬件算力的提升，是光追技术得以实现的基础，正如汽车的发动机一样重要。而在软件接口方面，Vulkan API在2020年左右发布了全球首个光追工业标准，提供了能够跨平台、跨设备、跨软件使用的解决方案，这样一来，游戏开发商和硬件厂商之间才能够进行标准化开发。

现在PC端游基本上都是基于Vulkan运行的，这种标准的统一，也给技术的实现铺平了道路，便于更多玩家能够加入到ColorOS的光追技术生态中。不论从硬件还是软件方面看，端游技术移动化已经是行业发展的大趋势之一，而OPPO其实在这方面一直走的很靠前，比如今年的OPPO Find X3就首发了此前只有PC端才见得到的可变分辨率渲染（VRS）技术。

这一次，对于光追这种在图形图像领域的旗帜性技术，显然ColorOS已再次抢先布局。等到硬件真正成熟时，ColorOS就可以在系统层面将技术快速落地，实现对消费端的赋能。现阶段光追技术在手机行业中的应用没有先例参考，ColorOS可以说是“摸着石头过河”，需要一步一步死磕技术，但他们在提前布局上的道路上，走得非常坚决。当然，智能手机行业的不少巨头也开始布局移动光追技术。比如今年年初，华为在发布会上公布了自家的光线追踪技术，并展示出在手机上运行的光线追踪游戏视频。而移动芯片制造商三星也在前不久称，自家新一代旗舰移动芯片Exynos 2200也将支持光线追踪技术。从巨头们的动作可以看到，移动光追技术的发展潜力是巨大的，但厂商们仍然处于摸索阶段，此时，在ODC21开发者大会的Reno 6 Pro上，让用户真实体验到移动光追游戏Demo的ColorOS，显然走得更加靠前。

如果像OPPO软件工程事业部总裁吴恒刚所说，ColorOS能在明年上半年面向硬件支持的手机提供光线追踪能力的接入，ColorOS很可能会引领手机画质升级进入下一轮大潮。其实在前不久的ODC21开发者大会上，ColorOS提出了“泛在服务”概念，“泛在服务”就是让人与设备间的交互更加自然无感、让虚拟世界的真实渲染与现实趋于融合、让多设备无缝互联互通，从而实现服务体验随人流转。而建立这样的泛在服务生态，感知、计算和生态是核心要素，其中感知与计算是保证泛在服务的基础。光线追踪技术与AI渲染和异构计算则支撑起泛在服务生态的计算能力。简单来说，AI渲染和光线追踪技术能够提高内容真实性和趣味性，异构计算则可以降低负载、更充分地利用多设备之间的算力，实现这种真实性，三者相互协同，密不可分。所以说，不论从抢先布局行业技术，还是自身内在发展的驱动力来看，ColorOS做光追技术，都是势在必行。
02.手机玩光追到底如何实现？
从硬件、软件到生态一个不能少

说起来容易，做起来难，在手机上实现光追，需要面对的挑战是绝对不容小觑的。在移动端，传统图像渲染采用的是光栅化渲染计算，简单来说，针对需要光线阴影表现的地方，光栅化渲染会将光线照射到物体画面上，以2D图像形式进行渲染。这种方式计算效率高，但呈现出来的光影却不够真实。

更进一步的光线追踪技术能够实现更为真实的光影效果，但计算负载也要大得多，短期内手机硬件算力依然无法完美支持光线追踪技术。也就是说，在手机上做光追，不能完全采用跟PC端游一样的策略去做。

所以ColorOS就采用了一种更为平衡的方案，他们将其称之为“混合渲染技术”，该技术是在光栅化渲染的基础上，加入光线追踪。也就是说，ColorOS希望在现有的游戏管线基础之上，通过一小步一小步的方式把里面原来传统管线做得不好的地方用光追加以改进，通过这种方式来介入到现有的游戏生态里面去。比如光追技术现在最侧重的效果是折射、反射和阴影，而ColorOS可以将这些效果先用到特定场景。游戏内置的快速拍照、人物预览就是比较典型的应用场景，这些场景的复杂度可控，同时它对于画面某个局部的渲染质量要求很高。这时就可以利用光追折射、反射或阴影效果，让整体画面渲染度提升一个档次，甚至不像普通手机能够渲染出的感觉，这就起到了事半功倍的效果，同时还兼顾了算力和功耗。

在这样的渲染方式下，ColorOS上的光线追踪技术可以把水中倒影、墙上的阴影细节真实刻画出来，在游戏、直播和视频中，可以给用户带来更强“真实感”的画面。实际上，ColorOS在用一种小步快跑的迭代方式，把光追的效果逐渐引入到现有的手机游戏里面去，并没有一次性覆盖整个游戏开发流程。对于光追渲染效果本身，ColorOS重点通过技术研发提升了光追渲染的性能，说的直观一点，就是提升了渲染光线的数量。现实中，无数光线的交织构成了真实光影，而游戏中的光线只有被量化才能够被模拟和渲染，目前ColorOS的实时光追渲染性能，已经可以达到几十兆光线/秒。既然ColorOS的光追选择了混合渲染技术，那么如何在游戏中判断需要应用光追渲染的物体和场景，就成为另一个关键问题。这需要ColorOS与游戏内容厂商甚至是硬件芯片厂商协同配合才能完成。这就带出了ColorOS所说的光追生态的概念，在移动端实现光追技术，需要产业链条上每一个“玩家”的协作。正如一项新技术在产业中的应用，不是一蹴而就的，生态建设需要产业链合力。

我们之前在ODC21上体验到的光追游戏Demo，就是ColorOS与游戏厂商、游戏引擎厂商、SoC芯片厂商一起，经过一年集中攻关，才实现的成果。ColorOS这次推出的，由Vulkan API驱动、支持移动硬件加速，并面向商用落地的移动光追解决方案，也是业内首个。比如在硬件侧，ColorOS需要与芯片厂商进行硬件驱动方面的合作，在软件接口侧，他们需要与引擎厂商去做光追技术的集成。简单来说，ColorOS成为了开发者、引擎厂商、硬件厂商之间的桥梁，成为了串起移动光追生态的核心角色。据了解，知名游戏引擎Unity、Vulkan API、主流芯片厂商联发科和一些国内外游戏内容厂商都已经与ColorOS进行了合作。对于开发者来说，有多种方式可以接入ColorOS的光追技术，第一种方式就是通过独立的SDK开发包，开发包可以被集成入任意一个渲染的程序，这也让它的适用范围不仅局限于游戏。第二种方式就是开发者可以选择通过游戏引擎，便捷地开启和关闭光追功能。开发者不需要了解和学习光追的技术原理，这也让使用难度显著降低。其实，OPPO已经在自家的幻影平台上开发了一整套与图形渲染相关的技术库，而光追技术是其中最重要的一部分。

在深入探讨的过程中，OPPO光追技术负责人说，现在不少移动端的开发者对于光追技术还不是很熟悉，他们不太了解这项技术能做出什么效果，要如何具体使用。因此ColorOS要做的实际上不仅仅是研发出光追技术，还要将光追技术集成到游戏引擎中去。只有集成在引擎里，才能让开发者更便捷地将光追技术应用到内容创作中去。在此之上，ColorOS非常需要听到开发者们的反馈，开发者们提出要求，比如游戏需要怎样的光追渲染效果，针对这种需求，ColorOS可以与引擎厂商、硬件厂商一起进行有针对性的开发调教。对于ColorOS来说，真正让自己的移动光追技术生态壮大起来，串起这些开发者们是非常关键的。光追在移动端的应用还是一项新技术，这项技术还有哪些应用价值，能够在哪些场景中起到好的效果，都需要大家共同发掘。也正因如此，对于移动光追技术，ColorOS很坚定地保持开放的态度，明年上半年，在支持光线追踪的手机设备上，他们就会提供光线追踪开放能力的接入。
03.不到一年，从技术起步到落地，
移动光追想象空间广阔

虽然从硬件、软件到生态建设都面临诸多挑战，但ColorOS团队还是在短短一年左右的时间里，集中力量死磕技术，最终实现了落地展示。最关键的是，作为在移动光追领域走在行业最前面的厂商之一，ColorOS没有前人的经验可以参考，他们必须要做“第一个吃螃蟹的人”。

在ODC21大会的光追技术分论坛上，我们真的可以手持Reno 6 Pro感受光追技术的实现效果，这背后的艰辛可想而知。据了解，这次移动光追技术的研发主要由OPPO美国研发中心的西雅图研发部负责，他们的研发团队包括一批在图形领域工作了十几年的资深技术专家。OPPO光追技术研发负责人透露，这一年的时间里，他们从最开始实现几个特定的功能，到最后联系产业链各个环节的厂商，其中每一步都要面对很大挑战。ColorOS不仅仅要做一个SDK，而是跟游戏厂商们进行更深入的合作，这就需要他们帮游戏厂商做很多事情，推动他们往前走。举个很简单的例子，一些游戏厂商仍然使用旧版本引擎进行游戏开发，跟最新的光追方案有很多不兼容的地方，对Vulkan的支持并不友好。但短时间让厂商们去升级游戏引擎其实很难，因为他们大多基于原有引擎搭建了很多技术，升级迭代成本很高。这时，ColorOS就会为此去做针对性的适配、兼容，让他们的也游戏可以实现光追技术。要知道，这样的深度合作涉及多方，企业分布于全球各地，进行沟通讨论通常会不分昼夜，这对于团队的意志力都是一种考验。这次除了我们在ODC21上看到的光追技术在游戏领域的应用，ColorOS也做了许多大胆畅想，比如在3D动态壁纸、影像滤镜、AR等领域，移动光追也有不小的应用价值。

ColorOS操作系统的动效以及影像拍照能力一直是OPPO手机的强项，光线追踪技术的加入，也会进一步提升用户的体验。在未来，大家更是可以通过ColorOS实现服务随人流转，服务无所不在的体验，这与ODC21开发者大会上提出的“以用户为中心的泛在服务”也形成了呼应。光追技术提升的重点是图像，而手机相比于PC，用到图形图像渲染的应用显然要更为丰富，值得探索的应用场景也就更多。手机巨头们纷纷布局移动光追技术，也是看到了该技术的潜在价值。随着手机算力的提升，光追效果可以从几十兆/秒提升至几百兆/秒甚至更多，到那时，移动光线追踪技术的应用场景还会有更大的想象空间。
04.结语：“Buff级”光追技术，
或搅动一场手机画质革命

从ColorOS展示的Demo中，我们能够看到，移动光追技术对于手机游戏画面表现力的改善是一种“质变”，甚至可以称之为“Buff级”，是一项可以实打实地提升用户观感的技术。虽然手机芯片算力不足仍然是光追技术落地的主要瓶颈，但各大主流手机厂商甚至是芯片厂商都开始在该领域进行布局，迎难而上。

而ColorOS这种研发先行、生态先行的思路，或许也为手机行业的技术创新提供了一种值得借鉴的思路：在即将迎来技术革新的行业提前布局，获得确定性反馈后，继续坚持投入研发，让产品不断迭代保持竞争力，从而推动整个行业的进步。今天，手机已经从最初的通讯工具发展为个人智能中心，手机作为移动端设备的代表，可以说是人类尖端科技的“集大成者”。此次由ColorOS带起的光追技术，是否会成为一股风潮，给手机行业的带来一场画质革命，我们拭目以待。

发布日期：2021年11月11日

来源： 智东西