開發人員如何實現4K遊戲
作者：Edge Magazine
開發人員如何實現4K遊戲
4K畫質是遊戲行業目前正面臨著最嚴峻的技術挑戰之一。隨著電視和顯示器製造商降低了4K顯示器的價格，遊戲製造商已經急於滿足用戶對4K遊戲的需求，例如新版本的《鬼泣5》就以4K的解析度在Xbox One X上運行。索尼和微軟都進行了升級， Xbox One X和PS4 Pro，專門用於滿足玩家對4K畫質的追求。4K畫質是遊戲硬體必須實現的像素密度的最大飛躍，因為現代圖形處理的工作方式，像素真的很重要。「在一幀中完成的大部分工作與陰影像素的數量大致成正比，」GPU製造商AMD遊戲工程團隊的成員，圖形工程師Timothy Lottes說。
「4K畫質的像素數是1080p的四倍，但PS4 Pro的功率不是PS4的四倍」。換句話說，遊戲機沒有與4K畫質的附加要求保持同步，Xbox One X同樣也做不到。Lottes估計要獲得大致相同的視覺質量，PS4需要達到每秒30幀，而4K大約需要達到每秒7.4 Teraflops（浮點計算）。PS4 Pro每秒4.2 Tflops，Xbox One X每秒6 Tflops。正如Lottes提到的那樣，他不考慮每台機器內存容量等因素的方法很好的簡化了當前複雜情況，同時也提供了一個如何為當前4K畫質情況做準備的靈感。
開發人員如何克服4K畫質的技術障礙
開發人員必須使用一些技巧來實現4K畫質輸出，同時他們的遊戲必須展示出在1080P畫質時能展現的細節。例如《Onrush》，只渲染4K像素的一半，從而只需要完成從1080P導出的工作的一倍，而不用完成兩倍的工作量。「然後我們把時間花費在技術的重建上，希望能得到4K畫質的抗鋸齒和升級解決方案，這很好地創建了所有額外的像素，」Wright說。通過時間重建技術回顧先前的幀，以猜測如何填寫新的幀; 另一個類似的解決方案是棋盤渲染，它選擇性的對像素進行渲染以達到相同的效果，但具有不同的利弊。「我們以前不必處理四倍的像素數，」Wright繼續說道。「如果沒有棋盤渲染和時間重建技術，那將是一個不同的命題。
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棋盤渲染是一種把低解析度插值成高解析度的一種畫面拉伸技術。從垂直方向和水平方向都間隔地抽去像素，拉伸，在所有相鄰像素之間取中間色值，插值。同時，與反鋸齒技術配合避免強烈的邊緣。使用棋盤渲染比直接渲染要少了一半的像素值，而簡單的插值運算本身對資源消耗是可以忽略不計的。
並非所有開發人員都必須使用這些技巧。例如，為了讓微軟能將《除暴戰警3》作為"真正的4K遊戲"推向市場，目前正在開發4K版《除暴戰警3》的 Sumo Digital已經開始研究棋盤渲染技術，不過他們暫時還沒有成功。
「到目前為止，通常的圖形優化已經足夠了。」工作室技術總監Ash Bennett說，「我們將始終支持4K遊戲。從成本和工作流程的角度來看，如果我們從生產周期的最初階段就開始準備開發一款4K遊戲，而不是試圖在最後對非4K產品進行改造的話，事情會變得更容易」。
4K視覺效果會讓遊戲體驗受損嗎？
對於Onrush的藝術總監Alex Perkins來說，4K只是他通常想到的玩家成本和收益列表中的另一個因素。「如果我們研究出了一個令人難以置信的渲染草地的方法，但它使用了50％的可用資源，那麼我不認為這是有價值的。除非，我們正在做一個草地模擬器」。但是，Onrush的時間重建技術花費了其整體預算的10％，並且研發團隊製作了一個高清晰度和抗鋸齒圖像。「它並沒有影響遊戲的其他方面，而且我無法想像將這10％的預算用於其他地方可以為玩家帶來更多利益。」
《除暴戰警3》的4K模式將以每秒30幀的速度運行，這也不會令人感到意外，甚至是在Xbox One X上運行。
好吧，我們說「甚至」。Lottes簡化的經驗法則表示，每秒輸出60幀，速度為4K，每秒14.7 Tflops，超過Xbox One X所能承受的兩倍。實際上，它同時超過了目前的PC GPU領導者所能承受的。Nvidia的Geforce 1080ti以每秒11.5 Tflops的速度運行，而AMD的Vega 64則以每秒13.7 Tflops的速度運行。
這些區別提出了一個重要的問題，即是否應該將4K畫質作為遊戲的新技術發展。根據微軟或索尼，Nvidia或AMD所說的，你會認為4K畫質是未來的遊戲應該採用的唯一方式。從Blast Processing到PS2的情感引擎，電子遊戲的歷史充滿了技術變革力量。對於一種由矽片定義的媒體來說，遊戲應該始終被呈現為處於崇高的尖端，能永遠超出我們的想像。
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4K與1080P的區別
4K的原始解析度為3840x 2160像素，屏幕總共為8,294,400像素。這是Full HD，1920×1080像素屏幕的像素數的四倍。
相比之下，從PS3 / Xbox 360時代的1280×720屏幕到1080p的像素差異僅為2.25倍，而PlayStation 2 / Xbox / GameCube時代的640×480屏幕與720p之間的差異為3倍。在技術上只是兩代遊戲機的跳躍，遊戲的像素數量增加了27倍，從307,200增加到8,294,400。
"完美"像素是否會增加更多像素？
對於Lottes來說，高幀率比高解析度更重要，因為它有利於畫面的流暢度和更快的響應時間，並且他對降低解析度的成本感到滿意。然而，就單純的數字而言，他指出，以每秒30幀為目標的原始4K渲染像素的速率，相當於以120幀/秒的1080p。他承認這種計算完全是理論上的，並沒有考慮到一旦遊戲的速度受到其GPU而不是受其CPU限制的情況，但是能夠在這樣的情況下切換不同的前景解析度與幀率是誘人的。「這就是為什麼任何有關遊戲機能夠支持120Hz的新聞對我來說都是令人興奮的」，Lottes說。
但他說：「如果我們一直堅持使用720P畫質，那可能會是個有趣的假設。這樣開發人員將有更多的機會使用GPU而不僅僅是填充更多像素。」一方面，可以將多餘的GPU功率用於完善每個像素，以此來縮小遊戲和CG電影之間的視覺差距，採用高質量的抗鋸齒和實時光線追蹤等新技術。或者增加人工智慧控制的演員、物理引擎和其他補充系統的數量，這些系統可以用來製作動態和互動的場所。
而這僅涉及了當今系統資源和顯示技術的領域。還有更多理論上的概念，例如根據玩家所在的位置動態地改變解析度，直接提高玩家第一視角中所看到的畫面的像素，令玩家更好地捕捉到遊戲場景中的核心要素不是要比直接減少它們要好得多嗎？從很多方面來看，如今的遊戲所採用的視覺技術都是比較粗略的。
隨著遊戲在其歷史中一次又一次地得到證明，市場將引領一切。改改進了視覺效果的遊戲總比難以想像的、更加模擬世界豐富的、那些YouTube不支持的高幀率遊戲要賣得好。當4K電視越來越普遍時，這種對電視遊戲的影響效果會翻倍。如果你剛買了一天4K電視，你當然會想用它來玩一些4K畫質的遊戲。「4K對我們很重要，」Codemasters的賴特說。「當然，你可以說，當我們以一個較遠的距離觀看電影時，4K的畫質只比2K好一點點。然而玩遊戲時人們會更接近電視，所以4K對遊戲來說肯定更好。」
即使我們在硬體技術上仍難以達到真正的4K，但是開發人員已經在積極研究新技術以滿足遊戲玩家的需求。然而，如果認為研究4K技術是升級遊戲的唯一方式，那就是忘記如今的遊戲機和PC比僅僅在屏幕上投入數百萬像素厲害的多了，所以遊戲的質量應該放在首位。
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