电影/游戏/VR 等产业，对图形技术提出了哪些新的需求 ...

Ilingis · 发表于 2022-6-25 07:23

谢 CEO 邀。（老板的提问，当然要捧场！）
图形技术的应用领域非常广泛，除了问题中提及的，建筑、汽车、生物医药等产业对图形技术的需求都非常旺盛。这篇回答，我们选择聚焦图形技术的创新前沿——游戏行业，谈谈现状聊聊未来。

从经久不衰的 Steam 销量王《GTA 5》，到今年火出圈的《艾尔登法环》，玩家越来越沉浸于广阔无垠的开放世界，或许就像电影《头号玩家》描绘的场景，未来游戏会朝着更自由、更接近真实的方向发展。

接下来，我们将从游戏常见的「碰撞现象」切入，围绕游戏开发的部分技术和发展需求，进行探讨和解读。
新的需求有什么？

游戏中碰撞效果的实现需要物理引擎的支持。物理引擎为游戏物体赋予现实世界的物理属性（如重量、形状等），并抽象为刚体模型，使得物体在牛顿经典力学模型基础之上，模拟现实世界的运动及碰撞过程[1]。
碰撞效果是否真实合理，取决于碰撞检测的准确性。像游戏中偶有发生的「穿模」现象，基本是碰撞检测失误造成的 bug，让玩家瞬间出戏哭笑不得。提升碰撞检测精确度会消耗大量资源，因此，需要更强大的计算机性能支持更复杂的物理计算。

《侠盗猎车手：圣安地列斯》

另一方面，碰撞效果的可信度，和角色与外界环境的交互密切相关。在《荒野大镖客 2》中，当玩家骑马撞向树木或建筑时，游戏会产生不同结果，角色有可能被马镫缠住，也有可能人仰马翻，甚至被马压在身下。这类非常随机的物理反馈，从视觉和认知层面提供更多沉浸感[2]。为了持续丰富玩家和游戏世界的交互，实时运算的效率在未来需要不断提高。

《荒野大镖客 2》

除了不变形的刚体碰撞，游戏中还存在着大量可变形物体（柔体）的相互作用，如布料的拉伸、折叠、破碎等等。想要表现自然真实的布料飘动和更多的细节变化，碰撞处理尤为重要[3]。如何稳定快速地处理碰撞，开发高效的碰撞处理算法，仍然是布料模拟技术面临的挑战。

《刺客信条》

还有一类特别的碰撞，常出现在体育类游戏中（如《FIFA》系列），通过模拟人体的运动神经系统、肌肉骨骼系统，使角色做出连贯的抢断、传球、卡位等动作。但由于现有技术的局限性和运动行为的复杂性，游戏中时不时会出现四肢失控的 bug，俗称一场碰撞引发的血案。
为了让角色表现出流畅、自然、多样的动作，动作系统需要不断融合新技术，比如人工智能，在增加真实感的同时降低制作难度和工作量，实现对人物动作的动态控制，以及与环境进行准确互动[4]。

《FIFA 20》

整体来说，游戏对细节的要求越真实，意味着性能的要求也越高，开发成本也会随之增加。但归根结底，游戏设计和开发是为玩家游戏体验服务的，效果升级可能比技术升级更重要。因此，不断平衡画面表现和性能消耗，用最少的计算开销实现最优质的效果，也是未来发展的需求之一。
简单做个小结，游戏产业对图形技术提出的新需求包括：

增强计算机性能
提升碰撞检测精确度
提高实时运算的效率
开发高效的碰撞处理算法
降低制作难度和工作量
节约开发成本
……

我们能做些什么？

前面我们多次提到了游戏中的物理模拟，其实除了游戏，很多领域都要借助物理模拟的力量，比如影视特效、自动驾驶、建筑测试，都迫切需要算法和算力的进步。
物理模拟正是 Taichi 非常擅长的，从 99 行冰雪奇缘采用的 MPM 物质点法，到 138 行代码生成的布料仿真动画，再到单 GPU 10 亿粒子仿真，Taichi 一直在尝试拓宽仿真的应用边界。同时我们也在进行计算机图形学与机器学习的跨领域探索，将仿真、控制与决策在实际应用中结合，推进更高效、更智能的物理计算。

单 GPU 10 亿粒子仿真效果
https://www.zhihu.com/video/1522989988241580032

各种基于 Taichi 开发的仿真项目

另外，在提升开发效率方面，Taichi 拥有天然优势，作为一款为高性能计算设计的并行编程语言， Taichi 能最大程度地「压榨」机器的计算能力；而 Taichi 的易用性和跨平台兼容性，使得开发者可以用更少的代码完成复杂的工作，将精力集中在代码的算法层面。

如何将尖端图形计算技术，以易用、便捷、强效的方式赋能图形开发者，并且无缝部署到实际的工业场景中，这是我们一直思考的问题，也是始终投入精力研究的方向。
欢迎大家持续关注太极图形，与我们一起推动计算机图形技术，朝着更强大、更易用、更泛用的方向加速发展！
参考

^1https://pmlpml.github.io/unity3d-learning/06-physics-and-collision.html
^2https://www.tgbus.com/ews/5107
^3https://mp.weixin.qq.com/s/el6mO8a53bZedVSvoaLXnw
^4https://zhuanlan.zhihu.com/p/337781156

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