开发人员如何实现4K游戏

D小游

作者：Edge Magazine
本文节选翻译自Edge Magazine

开发人员如何实现4K游戏

4K画质是游戏行业目前正面临着最严峻的技术挑战之一。随着电视和显示器制造商降低了4K显示器的价格，游戏制造商已经急于满足用户对4K游戏的需求，例如新版本的《鬼泣5》就以4K的分辨率在Xbox One X上运行。索尼和微软都进行了升级， Xbox One X和PS4 Pro，专门用于满足玩家对4K画质的追求。4K画质是游戏硬件必须实现的像素密度的最大飞跃，因为现代图形处理的工作方式，像素真的很重要。“在一帧中完成的大部分工作与阴影像素的数量大致成正比，”GPU制造商AMD游戏工程团队的成员，图形工程师Timothy Lottes说。

“4K画质的像素数是1080p的四倍，但PS4 Pro的功率不是PS4的四倍”。换句话说，游戏机没有与4K画质的附加要求保持同步，Xbox One X同样也做不到。Lottes估计要获得大致相同的视觉质量，PS4需要达到每秒30帧，而4K大约需要达到每秒7.4 Teraflops（浮点计算）。PS4 Pro每秒4.2 Tflops，Xbox One X每秒6 Tflops。正如Lottes提到的那样，他不考虑每台机器内存容量等因素的方法很好的简化了当前复杂情况，同时也提供了一个如何为当前4K画质情况做准备的灵感。

开发人员如何克服4K画质的技术障碍

开发人员必须使用一些技巧来实现4K画质输出，同时他们的游戏必须展示出在1080P画质时能展现的细节。例如《Onrush》，只渲染4K像素的一半，从而只需要完成从1080P导出的工作的一倍，而不用完成两倍的工作量。“然后我们把时间花费在技术的重建上，希望能得到4K画质的抗锯齿和升级解决方案，这很好地创建了所有额外的像素，”Wright说。通过时间重建技术回顾先前的帧，以猜测如何填写新的帧; 另一个类似的解决方案是棋盘渲染，它选择性的对像素进行渲染以达到相同的效果，但具有不同的利弊。“我们以前不必处理四倍的像素数，”Wright继续说道。“如果没有棋盘渲染和时间重建技术，那将是一个不同的命题。

棋盘渲染 是一种把低分辨率插值成高分辨率的一种画面拉伸技术。从垂直方向和水平方向都间隔地抽去像素，拉伸，在所有相邻像素之间取中间色值，插值。同时，与反锯齿技术配合避免强烈的边缘。使用棋盘渲染比直接渲染要少了一半的像素值，而简单的插值运算本身对资源消耗是可以忽略不计的。

并非所有开发人员都必须使用这些技巧。例如，为了让微软能将《除暴战警3》作为'真正的4K游戏'推向市场，目前正在开发4K版《除暴战警3》的 Sumo Digital已经开始研究棋盘渲染技术，不过他们暂时还没有成功。

“到目前为止，通常的图形优化已经足够了。”工作室技术总监Ash Bennett说，“我们将始终支持4K游戏。从成本和工作流程的角度来看，如果我们从生产周期的最初阶段就开始准备开发一款4K游戏，而不是试图在最后对非4K产品进行改造的话，事情会变得更容易”。

4K视觉效果会让游戏体验受损吗？

对于Onrush的艺术总监Alex Perkins来说，4K只是他通常想到的玩家成本和收益列表中的另一个因素。“如果我们研究出了一个令人难以置信的渲染草地的方法，但它使用了50％的可用资源，那么我不认为这是有价值的。除非，我们正在做一个草地模拟器”。但是，Onrush的时间重建技术花费了其整体预算的10％，并且研发团队制作了一个高清晰度和抗锯齿图像。“它并没有影响游戏的其他方面，而且我无法想象将这10％的预算用于其他地方可以为玩家带来更多利益。”

《除暴战警3》的4K模式将以每秒30帧的速度运行，这也不会令人感到意外，甚至是在Xbox One X上运行。

好吧，我们说“甚至”。Lottes简化的经验法则表示，每秒输出60帧，速度为4K，每秒14.7 Tflops，超过Xbox One X所能承受的两倍。实际上，它同时超过了目前的PC GPU领导者所能承受的。Nvidia的Geforce 1080ti以每秒11.5 Tflops的速度运行，而AMD的Vega 64则以每秒13.7 Tflops的速度运行。

这些区别提出了一个重要的问题，即是否应该将4K画质作为游戏的新技术发展。根据微软或索尼，Nvidia或AMD所说的，你会认为4K画质是未来的游戏应该采用的唯一方式。从Blast Processing到PS2的情感引擎，电子游戏的历史充满了技术变革力量。对于一种由硅片定义的媒体来说，游戏应该始终被呈现为处于崇高的尖端，能永远超出我们的想象。

4K与1080P的区别

4K的原始分辨率为3840x 2160像素，屏幕总共为8,294,400像素。这是Full HD，1920×1080像素屏幕的像素数的四倍。

相比之下，从PS3 / Xbox 360时代的1280×720屏幕到1080p的像素差异仅为2.25倍，而PlayStation 2 / Xbox / GameCube时代的640×480屏幕与720p之间的差异为3倍。在技术上只是两代游戏机的跳跃，游戏的像素数量增加了27倍，从307,200增加到8,294,400。

'完美'像素是否会增加更多像素？

对于Lottes来说，高帧率比高分辨率更重要，因为它有利于画面的流畅度和更快的响应时间，并且他对降低分辨率的成本感到满意。然而，就单纯的数字而言，他指出，以每秒30帧为目标的原始4K渲染像素的速率，相当于以120帧/秒的1080p。他承认这种计算完全是理论上的，并没有考虑到一旦游戏的速度受到其GPU而不是受其CPU限制的情况，但是能够在这样的情况下切换不同的前景分辨率与帧率是诱人的。“这就是为什么任何有关游戏机能够支持120Hz的新闻对我来说都是令人兴奋的”，Lottes说。

但他说：“如果我们一直坚持使用720P画质，那可能会是个有趣的假设。这样开发人员将有更多的机会使用GPU而不仅仅是填充更多像素。”一方面，可以将多余的GPU功率用于完善每个像素，以此来缩小游戏和CG电影之间的视觉差距，采用高质量的抗锯齿和实时光线追踪等新技术。或者增加人工智能控制的演员、物理引擎和其他补充系统的数量，这些系统可以用来制作动态和互动的场所。

而这仅涉及了当今系统资源和显示技术的领域。还有更多理论上的概念，例如根据玩家所在的位置动态地改变分辨率，直接提高玩家第一视角中所看到的画面的像素，令玩家更好地捕捉到游戏场景中的核心要素不是要比直接减少它们要好得多吗？从很多方面来看，如今的游戏所采用的视觉技术都是比较粗略的。

随着游戏在其历史中一次又一次地得到证明，市场将引领一切。改改进了视觉效果的游戏总比难以想象的、更加模拟世界丰富的、那些YouTube不支持的高帧率游戏要卖得好。当4K电视越来越普遍时，这种对电视游戏的影响效果会翻倍。如果你刚买了一天4K电视，你当然会想用它来玩一些4K画质的游戏。“4K对我们很重要，”Codemasters的赖特说。“当然，你可以说，当我们以一个较远的距离观看电影时，4K的画质只比2K好一点点。然而玩游戏时人们会更接近电视，所以4K对游戏来说肯定更好。”

即使我们在硬件技术上仍难以达到真正的4K，但是开发人员已经在积极研究新技术以满足游戏玩家的需求。然而，如果认为研究4K技术是升级游戏的唯一方式，那就是忘记如今的游戏机和PC比仅仅在屏幕上投入数百万像素厉害的多了，所以游戏的质量应该放在首位。

via：西山居技术