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裂焦濾鏡

《玩具總動(dòng)員4》里有這樣一個(gè)片段：主角之一的叉叉被反派蓋比欺騙，將芭比當(dāng)成了朋友，并對(duì)芭比無(wú)話不談?？墒钱?dāng)叉叉詢問(wèn)芭比到底什么時(shí)候自己才會(huì)被接走的時(shí)候，芭比卻對(duì)他敷衍了事。在這個(gè)片段當(dāng)中，畫面上出現(xiàn)了一個(gè)非常奇特的現(xiàn)象：蓋比身后的背景變得虛化模糊了，可是到了叉叉邊上，一切又變得清晰了起來(lái)。整個(gè)畫面里，出現(xiàn)了兩個(gè)焦點(diǎn)。

在現(xiàn)實(shí)的電影拍攝中，這種畫面使用的是一種叫做“裂焦濾鏡”的特殊道具。由于物理上的限制，攝影機(jī)的鏡頭在同一時(shí)間里只能清晰地“看”到某個(gè)特定距離的畫面，比這個(gè)畫面更近或者更遠(yuǎn)的景象，都會(huì)變得模糊。

可是，《玩具總動(dòng)員4》是一部CG動(dòng)畫電影，沒(méi)有那么多現(xiàn)實(shí)中的限制，讓所有畫面中的角色都清晰地處于焦內(nèi)，并不是什么難事。反而是模擬出多重景深的效果，要費(fèi)上不小的功夫。為什么制作團(tuán)隊(duì)要費(fèi)這么多工夫呢？

因?yàn)樵趩渭兊摹翱辞宄敝猓呀篂V鏡畫面其實(shí)還有另一個(gè)非常重要的功能。大部分人在看到《玩具總動(dòng)員4》里蓋比和叉叉的鏡頭的時(shí)候，可能都不會(huì)意識(shí)到背后使用的是什么技術(shù)，但是肯定能感覺(jué)到這種畫面里，存在一種非常微妙的不協(xié)調(diào)感。

與此同時(shí)，電影的劇情也正處于一個(gè)充滿了張力和對(duì)抗的節(jié)點(diǎn)。在遠(yuǎn)處的叉叉似乎意識(shí)到情況有些不對(duì)勁，而近處的芭比看似在和他對(duì)話，但是心思卻并不完全在他身上。畫面中的不協(xié)調(diào)感和劇情相結(jié)合，讓這一段顯得尤其令人緊張和焦躁。

裂焦濾鏡所帶來(lái)的這種特殊的表現(xiàn)效果，已經(jīng)超越了這項(xiàng)技術(shù)最初的用意，而成了一種新的藝術(shù)表達(dá)語(yǔ)言，潛移默化影響觀眾的觀感。因此，在特效合成技術(shù)非常成熟的現(xiàn)在，依然可以在諸如《神探夏洛克》這樣的影片中見(jiàn)到這種“古老的技法”。

在130多年的歷史上，電影導(dǎo)演和攝像師在畫面表現(xiàn)上，積累了許多獨(dú)特的方法和經(jīng)驗(yàn)，形成了一座豐富的，提升畫面表現(xiàn)力的寶庫(kù)。因此，當(dāng)CG動(dòng)畫電影在畫面表現(xiàn)力上遇到瓶頸的時(shí)候，轉(zhuǎn)而學(xué)習(xí)這些細(xì)節(jié)技巧，也變得順理成章。

CG動(dòng)畫向來(lái)是游戲畫面的先行者和風(fēng)向標(biāo)。那么，游戲開發(fā)者是不是也可以直從這座寶庫(kù)里偷師，提升游戲畫面的表現(xiàn)力呢？

不是簡(jiǎn)單的加法

這事沒(méi)有看上去那么簡(jiǎn)單。游戲?yàn)榱颂岣咪秩舅俣人蕾嚨墓鈻呕秩?，?shí)現(xiàn)視覺(jué)效果的原理和動(dòng)畫電影完全不同。許多跟光學(xué)相關(guān)的技巧，在CG動(dòng)畫中應(yīng)用起來(lái)相對(duì)會(huì)簡(jiǎn)單一些，但是用在游戲里，成本就會(huì)變得非常高昂。

現(xiàn)實(shí)中鏡頭的光學(xué)特性，是成像過(guò)程中的一部分。光線經(jīng)過(guò)鏡片的反射與折射，最終抵達(dá)攝像機(jī)的傳感器。這意味著，想要完美還原現(xiàn)實(shí)中鏡頭的特征和缺陷，最好的方法，是通過(guò)光線追蹤算法來(lái)進(jìn)行模擬。

由于在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，實(shí)時(shí)光線追蹤渲染對(duì)于游戲開發(fā)者來(lái)說(shuō)都可望而不可即，基于光柵化渲染所設(shè)計(jì)的景深、炫光等特效，很多時(shí)候只能解決“有沒(méi)有”的問(wèn)題，經(jīng)不起仔細(xì)的推敲。一旦處理不好，可能還會(huì)給畫面帶來(lái)反效果。更復(fù)雜精細(xì)的鏡頭特性，也就無(wú)從談起。

另外一個(gè)在電影和CG動(dòng)畫當(dāng)中時(shí)常能見(jiàn)到，但是在游戲中比較難做好的效果，是薄霧和體積光。

在這就還得提一下1982年的《銀翼殺手》。這部電影總要被拿來(lái)說(shuō)事，因?yàn)樗_實(shí)是電影畫面表現(xiàn)的一個(gè)太經(jīng)典的案例了。在《銀翼殺手》出現(xiàn)之前，沒(méi)有電影在畫面上能有這樣的質(zhì)感。而在《銀翼殺手》上映以后，所有的科幻片，多少都帶一點(diǎn)它的影子。

《銀翼殺手》畫面的最核心，就是對(duì)丁達(dá)爾效應(yīng)登峰造極的運(yùn)用。所謂丁達(dá)爾效應(yīng)，其實(shí)是這么回事：在起霧的大氣中，布滿了微塵和水珠。如果有光線從霧中穿過(guò)，就會(huì)照亮這些微塵和水珠，形成類似“圣光”的光線通路。但是《銀翼殺手》獨(dú)樹一幟的，不只是光，更多的是由光照所造成的陰影。陰影的部分會(huì)形成通常在畫面設(shè)計(jì)中會(huì)被叫做“負(fù)空間”。這部分負(fù)空間，也存在畫面張力，有時(shí)甚至比正空間更有力量，但是又往往會(huì)被忽視。

在《銀翼殺手》中，導(dǎo)演萊德利·斯科特有意識(shí)將負(fù)空間作為畫面語(yǔ)言的重要部分。以這個(gè)鏡頭為例，畫面中人物、桌面和電扇的暗面，加上它們的陰影，整體構(gòu)成了一個(gè)足夠有分量的負(fù)空間。這個(gè)負(fù)空間和丁達(dá)爾光構(gòu)成的亮面構(gòu)成了鮮明的對(duì)比。同時(shí)，布滿房間的霧氣又弱化了這種對(duì)比，讓畫面顯得特別朦朧夢(mèng)幻，讓觀眾可以直接感受到人物的迷惘和悵然。

這種畫面在游戲中也很難運(yùn)用。原因很簡(jiǎn)單：傳統(tǒng)的光柵化渲染，對(duì)帶有一定面積和形狀的光源的投影特別頭疼，只能是“簡(jiǎn)單粗暴”地當(dāng)作點(diǎn)光源來(lái)處理，或者要預(yù)先烘焙好陰影貼圖。前者投影的感覺(jué)總會(huì)差點(diǎn)意思，后者則只適合相對(duì)靜態(tài)的場(chǎng)景，一動(dòng)起來(lái)就要穿幫。

為了不讓陰影面一面漆黑，還需要在背后添加補(bǔ)充光源，增加AO貼圖的細(xì)節(jié)。再考慮到薄霧帶來(lái)的散射和光線衰減，想要在光柵渲染里用《銀翼殺手》的方式在正負(fù)空間上做文章，實(shí)在是難上加難。所以游戲中的體積光不少見(jiàn)，但是有《銀翼殺手》那種感覺(jué)的就要少見(jiàn)得多。

光線追蹤

在兩年前，NVIDIA上市RTX 20系列顯卡，首次為實(shí)時(shí)光線追蹤游戲提供可用的硬件支持，之后新一代的RTX 30系列顯卡，又將光線追蹤的性能提升了一個(gè)臺(tái)階。在這些新技術(shù)硬件的輔助下，一些原本在光柵化渲染中無(wú)法應(yīng)用，或者成本高昂的效果，也可以逐漸在游戲中見(jiàn)到。

這種變化在最簡(jiǎn)單的游戲里看得最直觀。像是2020年上市的RTX版《我的世界》，只需要日光的折射和反射，就能把山洞塑造得無(wú)比真實(shí)。普通玩家，也可以按照自己的方式去塑造光影的感覺(jué)。而在傳統(tǒng)光柵渲染的游戲里，做出這種感覺(jué)，需要專業(yè)的場(chǎng)景設(shè)計(jì)師花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，而且很可能換個(gè)觀看的角度就穿幫了。

此外，如果想在光柵渲染中讓屋內(nèi)的光線隨著日光變化，并且投射正確的陰影，通常需要一整套預(yù)渲染的全局光照貼圖和陰影貼圖。而在光線追蹤的輔助下，這個(gè)步驟直接就省略了。

當(dāng)然，開啟這樣的效果對(duì)顯卡有一些要求?！顿惒┡罂?077》作為近期最重頭的一部作品，也是光線追蹤應(yīng)用的一個(gè)例子。

單獨(dú)拆開來(lái)看，開啟光線追蹤所帶來(lái)的提升有時(shí)不能一眼就能看出來(lái)。但是在一款開放世界游戲里面綜合起來(lái)，確實(shí)是兩種完全不同的體驗(yàn)。像是霓虹燈、水面反射、人物陰影這些效果，開啟光線追蹤之后，非常自然地和環(huán)境融合，玩家甚至注意不到它們的存在。但是一旦關(guān)閉光線追蹤，就會(huì)發(fā)現(xiàn)原來(lái)這些效果可以這樣突兀，甚至到了破壞游戲沉浸感的程度。

不難想象，這只是一個(gè)開始。當(dāng)游戲行業(yè)對(duì)實(shí)時(shí)光線追蹤渲染的開發(fā)逐漸步入正軌，游戲也終于能像CG動(dòng)畫一樣，從電影表現(xiàn)手法的寶庫(kù)中取經(jīng)。大的游戲團(tuán)隊(duì)可以利用光線追蹤提高工作效率，而小的獨(dú)立開發(fā)者也可以實(shí)現(xiàn)過(guò)去負(fù)擔(dān)不起的畫面表現(xiàn)。那時(shí)，游戲畫面距離真正的“電影級(jí)畫質(zhì)”的普及，就不遠(yuǎn)了。

結(jié)束語(yǔ)

如果有一天，光線追蹤的各種效果，像PBR材質(zhì)一樣形成固定的工業(yè)流程和范式，游戲的畫面細(xì)節(jié)，也一定會(huì)達(dá)到一個(gè)新的高度。開發(fā)者如果想要實(shí)現(xiàn)某個(gè)電影里的氣氛，只需要調(diào)好鏡頭，設(shè)置好光源和體積霧，就能可靠地模擬出電影里的效果。