【專訪】即時渲染逼真圖像: 三星專家分享Galaxy S23旗艦系列光線追蹤技術原理

29.03.2023
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智慧型手機的普及,帶動手機遊戲成為主流。如今,越來越多消費者希望能以手機暢玩畫面精緻細膩的PC與遊戲主機內容,因此對手機的遊戲效能抱以更高期望。

 

三星電子於台灣時間2023年2月2日發表的Galaxy S23旗艦系列,主打史上最強悍的GPU,效能較前一代提升41%,同時支援光線追蹤(Ray Tracing)技術,賦予手遊逼真生動的光線效果,引起全球玩家熱烈關注。

 

▲三星於Galaxy Unpacked 2023上介紹Galaxy S23旗艦系列搭載的光線追蹤技術,為玩家打造身臨其境的手遊體驗

 

三星新聞中心專訪研發最新Galaxy S23旗艦系列光線追蹤技術的幕後推手,請他們分享提升手機遊戲體驗的歷程。請繼續閱讀以下報導,深入瞭解手遊圖像領域近年來最重大的技術突破。

 

 

光線追蹤:以逼真圖像升級遊戲體驗

光線追蹤透過追蹤光線即時呈現圖像效果,是目前最為先進的渲染技術。Galaxy S23旗艦系列的GPU結合專用硬體,可提供媲美桌機的光線追蹤模擬,讓遊戲畫面的陰影與光線反射更逼真生動。

 

▲(左起)光線追蹤技術的幕後推手-三星電子行動通訊事業部系統平台研發小組成員Jungwoo Kim與Joonyong Park

 

三星系統平台研發小組成員Jungwoo Kim是Galaxy S23旗艦系列的GPU研發負責人,他形容光線追蹤技術是「終極版圖像渲染解方」。

 

Kim表示:「光線追蹤是一項複雜的模擬技術,追蹤人眼接收由物體反射、折射或繞射的光線後視神經的處理過程,與人類肉眼處理光線的方式十分接近。」

 

此次負責管理GPU技術支援與內外部合作的Joonyong Park表示:「傳統的光柵化 (rasterization)技術能力有限,會讓圖像看起來粗糙且失真。以陰影效果為例,過往作法是預先將物體投射到場景,而產生陰影貼圖,隨之於物體上再次調整;反之,光線追蹤可直接模擬光線實際形成的陰影,並在畫面上精確呈現,用戶得以享有更自然寫實的圖像效果。」

 

 

 

Galaxy S23旗艦系列實現媲美桌機的手機圖像效能

三星自2010年起,便專注於增強其繪圖API(應用程式介面)的效能、擴大應用範圍,期望能縮小遊戲主機、桌上型電腦和手機之間的差距。透過與業界大廠合作,三星的最新技術率先成為標準化API。此舉代表著更多企業可將此技術應用至各類遊戲,同時擴展相關生態圈。

 

Kim表示:「2016年,三星將Khronos Group發表的新世代繪圖API『Vulkan』標準化,並導入Galaxy S7中,實現商業化應用。然而,早在將Vulkan導入Galaxy之前,我們於2015年起便開始與Epic Games和Unity等夥伴合作研發先進GPU,藉此優化Android遊戲效能。我們首先將最佳化程式碼提供給遊戲開發商,並成功完成Vulkan和引擎優化。後續亦於多場開發者大會分享此項成就。」

 

▲三星電子行動通訊事業部系統平台研發小組成員Jungwoo Kim

 

因應跨平台遊戲日益盛行,三星以最快速度將電腦GPU技術應用至行動GPU中。Park說道:「三星與AP供應商密切合作,持續進化應用在旗艦手機的新一代GPU效能。隨著越來越多消費者,要求手機遊戲的圖像品質與遊戲主機齊平,我們從兩年前開始研發手機遊戲引擎適用的光線追蹤技術。」從他的談話中,可以聽出團隊十分積極推動此項手機技術創新。

 

 

多方合作推升手機效能

為了實現極致圖像表現,研發團隊攜手烏克蘭三星研發中心(SRUKR)及數家業界夥伴通力合作,其中包括開發虛幻引擎(Unreal Engine)的Epic Games。

 

▲Galaxy Unpacked 2023上三星與Epic Games合作打造的展示內容。相較於傳統光柵化渲染(右),光線追蹤(左)模擬的圖像更為逼真。

 

Kim表示,在Galaxy Unpacked 2023中展示的內容是團隊共同努力的成果。「三星與遊戲引擎開發商和多家遊戲開發者合作,持續著力此領域。為了提升渲染效率,我們進行多方嘗試。最後成功克服挑戰,以更少的運算次數達成相同渲染品質。」

 

▲三星電子製作的展示內容。與傳統光柵化渲染(下圖)相比,光線追蹤技術(上圖)運用動態陰影(Dynamic Shadow)生成栩栩如生的圖像。

 

▲三星電子行動通訊事業部系統平台研發小組成員Joonyong Park

 

Park還分享了一段Galaxy S7的研發小故事。

 

「我記得當時在Epic Games美國北卡羅萊納州總部開發展示內容。我們第一次成功以Vulkan API在試玩版遊戲裡渲染出小雞角色。在修復錯誤、看見雞出現在畫面那一刻,所有來自Epic Games、烏克蘭三星研發中心和三星MX研發團隊的夥伴高聲歡呼。當晚大家還一起吃炸雞慶祝。」Park特別感謝共同努力完成此項創舉的夥伴。

 

 

Galaxy S23旗艦系列樹立手機遊戲新典範

而光線追蹤技術商用化之後的未來,究竟是什麼模樣?Park說:「我認為今後從創作到使用圖像內容的方式,都會因光線追蹤技術的導入而改變。在此過程中,三星預期,輕巧便攜且硬體規格媲美遊戲主機的手機,將是促成改變的關鍵。」

 

▲Galaxy S23支援光線追蹤技術

 

「遊戲體驗保證讓你目不轉睛。」兩位研發大將,對期待體驗全新Galaxy旗艦手機遊戲效能的星粉喊話。他們還分享了日後預計拓展的技術應用,首站便從Galaxy S23旗艦系列開始。

 

Kim表示:「在手機應用上,光線追蹤技術才剛起步。然而三星已投入很長一段時間研發與準備,勢必將引領業界快速拓展技術應用。下一個目標是,找到能有效將光線追蹤導入各類型手機的方法,提供用戶最過癮的遊戲體驗。」

 

▲(左起)三星電子行動通訊事業部系統平台研發小組成員Jungwoo Kim與Joonyong Park展示的Galaxy S23,首創將光線追蹤技術應用至手機遊戲。

 

「儘管目前市面上還沒有支援光線追蹤的手機遊戲,然而,如果有遊戲業者有意採用最新手機GPU技術,我們一定張開雙臂、熱烈歡迎。」談及手機遊戲效能的未來,Park回答團隊正「竭盡全力將光線追蹤技術導入更多款手機遊戲。」

 

兩位研發人員的長期願景,是讓手機遊戲圖像更加栩栩如生,營造更高層次的沉浸體驗。

 

請觀賞下方影片,進一步瞭解三星Galaxy S23旗艦系列應用的光線追蹤技術。

 

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