PS5 发布,揭秘真假难辨的虚拟和现实

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作者 | 硬核云顶宫

责编 | 伍杏玲

封图 | PS5官网

出品 | CSDN(ID:CSDNnews)

每一个代游戏主机让现实世界的玩家向虚幻的游戏宇宙迈出一步,从任天堂红白机上的魂斗罗,到PS平台上的最终生还者,虚拟和现实之间的边界正在慢慢模糊。

在这光影之间,游戏电影、CG电影正渐渐增加特效,动作捕捉不仅在游戏中广泛应用,带动游戏人物愈加真实。2020年恰好是游戏平台发布的第40个年头,索尼的第9世代的主机PS5发布,让我们触摸到了新纪元的开端。

 

1950 和 1970,游戏宇宙缘起

 

游戏宇宙中的一切,源自于计算机史上的两个标志性事件:

1950年,MIT的实验室,Jay Forrester博士按下第一台图形计算机的电源,它是赫赫有名的“旋风一号”(Whirlwind),这是一切图形平台的始祖。

1970年,在尤他州立大学的计算科学课上,Edwin Catmull博士用贝塞尔曲线算法为这节课提交一个大作业,完全通过计算模拟出的人手,后人称为世界上最早的CG动画。

自此,游戏的虚幻世界向我们打开大门,在天才设计师和无数程序员的努力下,无数游戏蜂拥进入游戏世界,寻找精神慰藉。在那里,人们移山填海、无所不能。 

与我们交互的计算机画面,其本质原理是计算机模拟生成访真图像。游戏世界的自由度虽高,但由于算力限制,访真图像的真实程度,还无法达到真假难辩的程度。但是PS5的出现让真与幻之间的界限模糊了。

PS5大幅度提升了硬件能力,其AMD 8核3.5GHz Zen 2 CPU,RDNA 2 GPU和SSD,全部经过定制化的量身打造,Epic Games的副总裁Nick Penwarden就在近日表示,虚幻5引擎的部分代码必须重写充分发挥PS5的硬件性能,让游戏与现实之间更加真假难辨了。一个新的虚幻的世界,正在朝我们慢慢走来。

庄生晓梦迷蝴蝶——进化1986

人类最早通过眼睛认识世界。在人类五官里,视觉是信息采集最丰富的器官。我们观察周边事物,先依靠眼睛来观察事物的外表形象,语言、符号、文字,是在此后千万年才逐渐形成新的知识抽象。

视觉对人类如此重要,婴儿出生数月就可以辨认出母亲,但是试图学习做出1+1=2的数学题,往往是好几年以后的事情了。电脑却正相反,一台笔记本轻松在1秒之内完成上亿次运算,却无法主动思索,如果不加干涉,它不能识别任何视频数据。从这点来看,人脑擅长形象思维,电脑擅长逻辑。

这代表着,在计算机发展初期,两者泾渭分明。计算展现图形,远远要比问计算机1+1=2要难上无数倍。如何让计算机生成、显示、处理图像,也落后于计算机体系本身好多年。

如果我们回顾硬件生成图像和计算机图形的发展历史,1986是无论如何都绕不过去的一个年头。在1986年,工业光魔的计算机图形学部门computer graphics division被正式卖给乔布斯,并改名为皮克斯。

此后数年,这一由当时最顶尖的计算机图形学探索者所组成的部门,正式找到了盈利方向。数十年后的今天,计算机图像处理摇身一变,成为了一个百亿美元的产业,皮克斯不但拯救了濒临破产的迪士尼,带动了一个计算机科学中重要分支的蓬勃发展和商业落地。

早期的计算机动画制作灵感主要来自于传统的动画片:多幅图像之间被通过“关键帧”相连。但关键帧方案,是对于低算力的一种妥协,因为关键帧依旧掌握在人类画师手中,并不灵活。人工运用的多少是皮克斯与迪士尼等传统动画公司的最重要区别之一。以皮克斯为代表的新生代,试图基于计算采样生成的模型,来计算生成实时图像,尽量少用或不使用已有人工绘制的素材。但是这样做对于算力与算法的要求都很高。

上世纪90年代,这些技术较简陋,即使在当时最顶尖的动画工作室,程序员须向算力与模型的限制低头。模型限制了生成图像的表面、光照、阴影、毛发等细节程度,硬件限制了相应模型生成的计算时间,让创作者更少的试错空间。

不过回头看,这些相互妥协却代表着一种特立独行,早期皮克斯独特的风格——简单平滑的几何图形形成了一种独特的时代潮流和文化符号。像当我们想起工业时代的英国,就能想象到维多利亚风格的蒸汽朋克建筑。

这样的妥协普遍存在于当年的经典游戏之中,为了充分利用卡带里有限的储存空间和早期游戏机的性能,游戏设计师不得不对素材进行重复利用,以挖掘每一比特的最大潜力。这种风格被后人命名为“像素风”,现在还存在相当多的怀旧游戏采取此类设计风格,勾起玩家的回忆。

简单的几何图案和像素风形成了早期计算机图形学相关产业的独特标签,近几年随着新世代游戏主机的不断发展,这样的限制也逐渐消失了。

 

光线追踪,突破2010

 

Minecraft中的光线追踪实例

无论是英伟达还上AMD,显卡最近最大的宣传点是光线追踪技术,光线追踪可谓是游戏界打破算力魔盒后的最大突破。

什么是光线追踪?在回答这个问题之前我们需要搞清楚什么是光栅渲染,在光栅渲染中,我们会把物体拆解为若干三角形,这些三角形通过几何变换映射到屏幕的某些区域,把这些三角面覆盖的区域变成一个个像素,这个过程被称为软件渲染中的光栅化。

但是光栅化存在相应的问题。对于计算出的光照而言,很难达到完美的效果。近年来出现了各种全局光照渲染算法,比如环境光遮蔽,漫反射等等,五花八门。

与光栅化渲染不同的是,光线追踪把一个场景的渲染任务拆分成从摄像机出发的各个光线,通过这些光线和物体的焦点,来计算光源信息,这样就很容易得到比较好的渲染结果。PS5的CPU与显卡的搭配,恰恰就是光线追踪的地表最强平台。

 

2020,迎来数字孪生

在1998年的地球信息系统年会上,美国副总统戈尔提出了一个异想天开的计划,他希望以地球坐标为依据,全方位采集和应用地球表层的各种综合信息。

他设想若干年后,一位小学生可以来到当地的一家博物馆,戴上带有立体视觉的头盔显示镜,遥望漂浮在浩瀚星空中的数字地球。通过数据手套指引,地球呈现出海洋、大陆、国家、城市、街道和建筑……他可以驻足观望,通过语音系统了解当地的风土人情、名胜古迹、资源分布,并且可以走进实地尽情欣赏里面的收藏。

不过,戈尔或许想不到的是,数十年后,NASA提出了另一个更加宏大的虚拟世界创造计划,再次引起了工业界和科研界的巨大关注,这种技术被称为是“数字孪生”。这是计算机图形学和光线追踪的最新应用,也是虚拟世界的当前最新研究进展之一。

数字孪生起源于NASA的阿波罗计划,通过建设虚拟世界中的对应模型,管理者可以实时看到对应物理实体或者流程运作的动态反馈,这样管理者可以更加简单直观地根据获得信息采取实时反馈,例如可能调整良品率低的产品处理流程。

或许我们可认为,数字孪生的关键点在于能够在物理世界和虚拟世界之间建立起实时、准确的联系,让虚拟世界和真实世界进行交互和反馈。

这种联系仅仅依靠于某个实物或者实体,但是笔者预估在PS8发布时,人类将完全有能力在虚拟的游戏世界中创造一个真假难辨的数字孪生宇宙。

正如我们有了魂斗罗和红白机,那年夏天,“小霸王其乐无穷”此起彼伏;

正如皮克斯有了玩具总动员,那一年,美国万人空巷一票难求;

正如戈尔提出了数字地球,那一年,地理遥感和世界各国政府争相效仿;

正如NASA提出了数字孪生,多年以后我们回头想想,数字世界和真实世界的边界在那几年正在逐渐模糊;

徘徊在光影之间,徜徉在梦想与现实的彼岸,这或许就是游戏玩家能够期待的未来礼物。真实和虚幻的距离,并不遥远。

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