真4K还是假4K 解构PS4pro棋盘渲染技术

小篱

　　文/文刀叉点

　　PS4 Pro虽然能够支持以原生4K分辨率来渲染游戏，但仅有少数几个能够提供支持。但同时，索尼方面不觉得将新主机称为支持4K的主机是一种误导。虽然有些游戏将能够原生支持4K分辨率来呈现重制，多数游戏将采用所谓的“棋盘渲染”像素提升技术来实现“4K分辨率画质”。

　　那么PS4pro所谓棋盘渲染到底是什么？PS4pro和真4K区别在哪里呢？

　　首先要明确一个观点：PS4 Pro目前有不少游戏都是“假4K”。这个所谓的“假”，指的是说游戏里显卡直出的图像，和最终显示在电视上的图像，是不一样大的。

　　那么，之所以最终还是4K输出的，就到了“上采样” or “重构” 的问题了上。

　　为什么叫棋盘？

　　是因为如今的图像格式就是按照像棋盘一样的排布去构成的，就如下图所示：

　　为了简单说明这个问题，我从 PS4 Pro借用一下这张图，

　　这里首先要说一点：索尼并没有很详细的去介绍Pro所使用到的4K图像渲染技术。

　　所以不一定实际情况就真的是和网上大多数人所推断的那样

　　（1）一般要输出一幅图像（frame），GPU是会渲染出所有的像素值来的

　　（2）而你渲染的工作量，则直接决定了游戏可能达到的帧数。

　　这样就相对好理解了吧：Pro机能固定的情况下，对于同一个游戏而言，如果它要渲染的图像尺寸越大，那么最终输出帧数就会越小。

　　（3）那么最直接的办法就是去“减小渲染工作量”。

　　（4）这样的话就可以采用上图所示的这种棋盘格渲染的方案。

　　这个方案，是只渲染图像中红色的像素点。

　　而绿色的部分，不进行渲染，而是直接通过红色的像素进行重构。这里就可以利用一些视频压缩里面的传统处理方法去重构图像。

　　要注意一点：未被渲染的像素点，必须要用它周围的像素点去进行重构。

　　这里主要的依据在于：图像的空间连续性

　　举个简单的例子来说：当你把一张图片放大像素变成一个一个方块的时候，你是很容易看到绝大多数相邻的像素，它们的颜色都是相近的，在没有任何信号噪声的情况下，除非是一些物体的边缘以及文理复杂的高频信号区域，不然的话，相邻像素之间的变化都是比较平缓的。

　　那么，依据上面这样的结论，我们就可以对像素进行重构了。

　　具体的处理方式可能会非常非常多，我具体也不知道Pro用的是哪一种。

　　但是大体的逻辑还是有相通之处的。

　　我画个简单的图来说一下

　　上面9个字母，我们假设代表了9个像素，这样构成了一个3-by-3的正方形。

　　那么，我们如果是想要重构E的话，可以比如说拿B和D来重构，或者拿B和F来重构，或者是拿C和G来重构；

　　如果是拿B和D的话，也就是2邻域的重构（2 neighbors）；

　　如果是拿C和G的话，也就是对角线的重构（diagonal）。

　　具体重构方式根据实际情况自己设置。

　　然后，则是更加关键的一步：加权

　　如第二幅图所示的，当你通过邻域去重构出了像素之后。

　　其实对于重构出来的E来说，A~I 它们的贡献并不是一样的。有的贡献大，有的贡献小

　　所以，你需要给每个像素，再乘以一个权重系数。这样最终重构出来的E才是我们想要的。

　　（5）相比于全像素的渲染。重构一个像素只需要对它周围的像素值做一个非常简单的线性计算（ ），这样一来，就可以极大减小计算负担，而且又因为重构的像素点互相之间不会影响，所以也可以很好的使用并行化计算去进行处理。

　　但是，即便减小了计算负担，也不代表就毫无负担了。如果是一张4K的图像，假设没帧只渲染了50%，那么你依然要重构50%，也就是2*1080p的像素数量。并且“渲染50%的时间+重构50%的时间”需要在33ms之内完成。

　　（6）要注意一下，其实这种方法，只是因为机能不够而采取的一种技巧。

　　如果当PS4 Pro的机能非常强大的时候，就不需要这种手段了，就可以直接执行全像素渲染了。

　　（7）对于PC游戏而言。因为你插什么卡就给你什么体验。

　　显卡厂商&游戏厂商没那个义务绞尽脑汁去给你优化。并且，对于显卡厂商来说，他巴不得你觉得自己显卡不够用了，想要换新的。

　　所以，PC游戏基本没有必要用这种形式去强行上4K。

　　你要是觉得GTX1080都不够，那NV会很高兴啊，你可以继续去买Titan XP啊。

　　上面只是基于空间信息的一种重构，其实也有研究了基于时域的重构的。这里就不深入了。

　　总之，目前来说：PS4 Pro确实是假4K，不是原生的4K画面。