4K游戏除了提升像素 还应带来什么

游戏开发目前正面临着它们所遇到过最严峻的技术挑战之一。由于4K显示器价格的下降，游戏正拼命赶上它们的分辨率，如几个月前发布的《孤岛惊魂5》。索尼和微软都推出了升级机型，XBX和PS4 Pro，以满足日益增长的4K需求。从现在图形处理工作进程来看，4K的确是游戏的一次像素大跃进。

4K的3840x 2160原始分辨率为屏幕总共提供了829.44万像素。 这是全高清1920×1080像素数量的四倍。相比之下，PS3 / Xbox 360时代的1280×720屏幕到1080p的像素差距为2.25倍，PlayStation 2 / Xbox / GameCube时代的640×480屏幕到720p之间的差距为三倍。 在技术上来说，仅仅是两代游戏机的跃升，游戏的像素数量已经从307,200增加到8,294,400，增长了27倍。对于开发者来说，挑战不仅仅是分辨率的提升，更重要的是游戏在4K下的图形品质，能否像在较低分辨率下那么好。

开发者是如何克服4K难题的?

“都被简化了。”游戏《极速猛冲》图形程序员怀特说，“4K是1080P像素的4倍，但PS4 Pro的性能并没有PS4的四倍。”换句话说，主机并没有跟上4K的额外要求——XBX也没有。根据AMD图形工程师洛特估算，要获得等同于游戏以30FPS在PS4上运行视觉质量，4K需要每秒大约7.4 Tflops(万亿次浮点运算)，而PS4 Pro的性能是每秒4.2 Tflops，XBX则是每秒6 Tflops。

为此，开发人员必须运用大量技术来实现4K输出，同时还要达到同代游戏1080P的细节水平。《极速猛冲》只能渲染4K的一半，开发者表示，“我们使用一种瞬时重建的技术为4K提供抗锯齿和模型粗化。”瞬时重建是通过先前画面来预测如何填充新帧，另一种类似解决方法是棋盘渲染，通过交替像素来达到相同效果，两种方法各有长短。“以前我们并不需要在分辨率上有一个4倍的跳跃。如果没有这些技术，结果会不一样。瞬时重建，棋盘渲染这些技术允许我们有个缓冲期。”

并不是所有开发者都要用这些技巧。正在开发支持4K的《除暴战警3》的Sumo Digital工作室已经研究过棋盘渲染，但没有使用，为的是使得《除暴战警3》能够以“真4K”发行。“到目前为止，常规的图形优化已经足够。”工作室技术总监本内特说，“我们会一直支持4K，从最早的开发周期开始。相比等到最后去改进，这样一来从成本和工作流程层面都可以使开发更容易。”

在过去几个月中，有人指责开发人员把系统资源过度运用到图形视效上，而在游戏的其他层面如物理、AI和世界模拟元素上做得不足。其中有一个视频对比了《孤岛惊魂2》和《孤岛惊魂5》的细节，例如2代中植被着火之后会被烧秃，树上的叶子也会随着火势燃烧殆尽;敌人在被击中之后会作痛苦挣扎，并捂着肚子站起来再用手枪射击;甚至还有发射上天火箭筒一段时间后会掉下来这样的设定，而这些在新作中却并未出现。当然，洛特认为，从1080P跳跃到4K必然会导致视觉质量的折衷，但除暴战警开发方对于玩家的游戏体验胸有成竹——“在《除暴战警3》中我们没有为4K做任何游戏性的牺牲。”

开发商的方法是一种将复杂情况简化的方法，同时这也其他游戏准备4K提供了思路。

4K需要游戏作出妥协吗?

对于《极速猛冲》艺术总监亚历克斯而言，4K只是他所考虑的成本和效益因素之一。“如果我们写了一种令人难以置信的草地渲染技术，但它占用了50%的系统资源，那我不认为它是有价值的。除非我们要开发的是模拟草地游戏。”《极速猛冲》的瞬时重建技术用了10%帧预算为玩家提供了高解析度和抗锯齿的图形。“它并没有影响到游戏的其他方面，而且我不知道把这10%用到其他方面能带给玩家多少价值。”

事实上，以高帧速运行4K游戏已是目前PC端的顶配才能胜任的，英伟达的GeForce 1080ti能以每秒11.5 Tflops的速度运行，而AMD的Vega64的性能可达每秒13.7 Tflops。

这就引出了一个重要的问题，即4K是否应该作为当下游戏技术发展的下一步?从微软、索尼、AMD和英伟达的策略来看，你可能会觉得这是必然。电子游戏的历史充满了技术变革的承诺，对于这个由硅芯片注入生命的媒介而言，游戏是不可避免的要站在技术前沿。

它们总是可以运行快一点，看上去细腻一点，模拟的丰富一点。游戏的历史是淘汰的历史。游戏通常会因更好的技术变得更好。但又很难说清楚什么是更好的技术，一种能帮助游戏在未来变得更精细?还是只是一种个人品味，又或者甚至只是某些正强加给游戏的东西?换句话说，更多的像素真的意味着更好吗?

像素能给游戏带来更多?

在洛特看来，高帧速比分辨率更重要，因为它有利于流畅的运动和更快的响应速度，还有低分辨率可以降低开发成本。就数字而言，他指出，以30FPS运行原生4K相当于120FPS的1080P。他表示，这种计算完全是理论上的，没有考虑游戏运行速度可能会受硬件限制，但如果能同时在高分辨率和高帧速之间切换的确很诱人。“这就是为什么有关主机支持120FPS的新闻总让我兴奋。”洛特说。

他进一步说道，“如果我们坚持720P，然后继续优化游戏表现，我想一切会变得很有趣。这样，开发人员就可以有更多机会使用GPU，而不只是填充更多像素。”一方面来说，过剩的GPU性能用来完善每个像素，可以更好地缩短与CG电影效果的距离，采用高质量的抗锯齿和光影效果，例如在今年GDC上又微软和虚幻引擎展示的实时光线追踪;或者将这些性能放到世界模拟，AI控制，物理特效和其他因素，创造动态和交互场所。

不过这只是当今的硬件资源和显示技术出发考虑，除此还有更多的推测性概念。如根据玩家的视角动态改变分辨率，在眼睛直视的地方提高其分辨率，让眼睛在该区域分辨出更多细节，同时减少周围细节解析度。当玩家的注意力集中到中间位置时，是否真的值得将相同的资源投入到屏幕的每个部分?事实上，现在的游戏就是这样做的。

但是，游戏通过其历史一次又一次证明了，市场决定一切。画质更好的游戏在同等条件下总能比画质低者、世界模拟丰富或高帧速运行的游戏要卖得好，并且这种效应在4K电视的普及之下是翻倍的。假设你有一台4K电视，你也会想着最大限度发挥其性能。所有这一切都不能否认4K所发挥出的惊艳效果。怀特说，“4K很重要，你可能会反驳说看4K电影感觉跟2K差不多。不说其他人，我知道每个在家玩游戏的玩家都会离电视很近。此时，4K的体验绝对是最好的。”

4K，它就在那，即使硬件技术的缺失，开发者也运用工具达到其要求。但游戏的进步还不仅在于硬件性能的提升和像素多少，品质亦很重要——这也是开发者所要突破的。