《Unrecord》是一款虚幻5引擎打造的FPS射击游戏,其预告片中展示出的画面和光影效果均极为真实,和现实几乎无二,当既引起热烈讨论。甚至很多人认为,《Unrecord》展示的不是游戏画面,而是游戏研发团队自己拍的视频,然后再合成出来做成预告片骗眼球的。
为了回应质疑,研发团队随后发布了虚幻5引擎下的开发者视角,展示了如穿墙、瞬移等操作,谣言不攻自破。同时也让我们意识到,原来现在的游戏画面真的已经达到了这种程度。
随后,VR MOD社区Flat2VR使用Praydog的VR MOD基于《Unrecord》的早期演示视频内容录制了一段VR模式下的视频。结果肉眼可见,此前那些足够以假乱真的游戏画面,在VR模式下一下变得“平平无奇”,不再那么惊艳。
不过这个《Unrecord》早期的演示视频本身就没有加入光影特效和后期处理等效果,即便不是VR,比之近期预告片的画质来看本身就有差距。但就算加入这些元素,其在VR中能表现出的画面相比PC也不会过于出彩,除非你准备看幻灯片。至于导致这种情况的具体原因,就是本文要说的内容。
《Unrecord》VR模式
VR对显像技术要求极高
众所周知,VR(虚拟现实)目前还处在“起步阶段”,尽管这个起步已经起了很多年,不过看起来还要继续下去很久。
近年来,NVIDIA和AMD正在逐渐疏远VR,甚至在市场营销中也鲜有提及。或许是有明显的阻碍,也或许是他们遇到了技术瓶颈。总之,经历了无数次技术迭代后,VR现在仍然比不过电脑的效果。
首先,VR与传统屏幕上生成图形的规则完全不同,主要是因为VR需要同时生成双眼图像,既每只眼睛一个,尽管它们呈现在同一个LCD面板上,但实际上是两个独立的显示列表。也就是说,在没有优化的情况下,VR会迫使CPU每帧的工作量是传统情况下的两倍。
对于沉浸式体验来说,延迟必须尽可能做到最低。在VR游戏中,玩家的整个游玩过程从执行第一个动作的那一刻起,直到动作结束,不仅需要考虑GPU生成一帧画面所需的时间,还包括之前解将这个动作送达到屏幕的时间。在专业领域,我们称之为光子运动延迟(Motion-to-photons latency)。
当这个过程超过20毫秒,用户就会引起头晕和恶心。那么这个过程理想的时间应该是多长?答案是:AR(增强现实)5毫秒,VR(虚拟现实)10毫秒。
其次,由于VR设备屏幕离眼睛很近,为了避免用户看到颗粒状图像或它们之间的空间,那么像素密度和分辨率必须非常高。于是,这进一步提高了VR在功率方面的技术要求。
VR面临的阻碍
有一种阻碍原因与USB-C连接有关。PS5的一个特点是它换掉了前USB-C端口,以便接收来自集成到其主芯片中的显示控制器的信号。这意味着PSVR 2与GPU会直接连接。而在PC平台,情况更为复杂。
如果是笔记本电脑,我们会发现非主屏幕的视频输出具有相同的延迟问题。
台式机情况更复杂,因为图像缓冲必须通过PCI Express传递到RAM,在那里进行复制并再发送到主板的USB-C输出端。这个过程增加了几毫秒的额外延迟,结果并不理想。
目前最好的解决方案只能强制显卡和CPU全速运行缓解这个问题。如果CPU有一个集成的USB控制器,通常通过PCIe到USB 3.1或更高的桥接,那么数据可以直接发送。问题是英特尔从来没有在CPU中安装USB控制器,只有AMD会这么做。
另一个阻碍,意料之外,情理之中的,正是新型的视频渲染技术——DLSS和FSR。
很多人认为解决方案是使用NVIDIA和AMD的分辨率缩放技术,以生成更多帧画面。问题在于这个功能会增加一个固定延迟,所以这可能适得其反。要知道,画面生成速度是一回事,而光子延迟又是另一回事。
DLSS带来帧数大幅提升,图为《荒野大镖客2》
DLSS 全称Deep Learning Super Sampling,是Nvidia的一种视频渲染技术,通过利用人工智能的数据分析,能够以较低的分辨率渲染图形以保持较高的性能,然后应用各种效果输出高分辨率图像的整体效果。
这项技术对于需要高帧率(大于60 FPS)和高分辨率(4K)运行的游戏特别有用。例如,使用 DLSS以1080p分辨率渲染游戏帧,这种负载更容易获得更高的帧速率,然后放大图形以4K分辨率输出,从而带来超高清图像显示质量。
而FSR,全称Fidelity FX Super Resolution ,是AMD 对应Nvidia DLSS的一种渲染技术(虽然AMD没有这样宣传过),但两者在功能上有很大不同。
FSR 的工作原理是以较低的分辨率渲染帧,然后使用开源空间放大算法使游戏看起来好像以更高的分辨率运行。
相比之下DLSS仅适用于Nvidia较高级显卡的设置,FSR 几乎可以在任何 GPU 上运行——例如,英特尔集成显卡等。
然而,很多人在使用FSR3或DLSS3时都遇到过“插帧”。例如,当以120FPS运行60FPS的游戏,然后与原生120FPS的游戏做对比时,就会明显感到60FPS的响应时间要长得多,这必然会破坏虚拟现实的沉浸感。所以说,大力水手DLSS和FSR的推广在某种程度上可以看作是对VR的阻碍。
远古的解决方案已被弃用
十多年前,在DirectX 10时代, Crytek公司(FPS游戏《孤岛危机》开发商)推出一种解决方案,可以将一个正常图像转换成两个立体图像,使处理器不需要计算两帧也不需要计算两帧的几何形状,只需要计算一个。
该技术使用的是已经灭绝的DX10几何着色器根据镜头生成修改和位移版本,以得到两帧画面。对于生成3D图像过程中最麻烦的部分——像素着色,该技术并没有节省成本,但确实加快了整体图像的生成速度。但随着DX 11几何着色器的消失,到目前为止,NVIDIA和AMD都没有在他们GPUs中采用这种处理方式。
根本原因:显存
这并不是蓄意诋毁VR,而是必须认清现实:虚拟现实不仅需要非常高的刷新率,还需要极高的分辨率。其他解决方案,如光线追踪等,尽管在用户中不受欢迎,但是至少可以凭颜值卖出去,但VR的销售成本要高得多。关键是:
提高分辨率会影响显存的带宽。
提高帧率同理。
目前的显卡最大的限制是显存的速度,这也正是FSR和DLSS等解决方案出现的原因。但无论如何,这些解决方案对VR来说都是适得其反。
这些问题直接或间接的导致诸多我们耳熟能详的3A大作VR版进度缓慢,或者根本没有开发VR的计划。因为像类似《Unrecord》这种游戏在VR模式运行引起的画面质量降低问题,完全是意料之内,并且目前没有太好的解决办法。但是,好在我们还有卡普空和索尼这样的公司,一直在致力于VR游戏软件的开发,尽可能的在努力缩小VR和PC以及游戏主机的差距,就如我们看到《生化危机8 VR》那样。
如果把《Unrecord》列入VR游戏当中,它仍然是拥有最好画面之一的。很多玩家戏称,VR模式下《Unrecord》一下子和3年前的《Half-life:Alyx》成了一个水平。这或许是一种褒奖,毕竟《Unrecord》是由一家名为 DRAMA 的不知名的制作组制作的,在此之前,根本没人认为他们能研发出有如此级别画质的产品。何况严格来说,VR mod使用的demo视频甚至不能算是《Unrecord》。
《Half-life:Alyx》,发售于2020年3月23日
综上所述,VR技术发展缓慢,除了本身对各类技术的复杂需求外,主要是因为显存技术发展的不够快。研发商们更愿意把精力用在研究如何在现有条件下提高帧率上,而并不是改进显存技术。毕竟,很少有人会一年换一块显卡,大家最常做的事无非是更新一下驱动而已。
而且本文这些还是基于PCVR来说的,如果是如Quest、PICO等一体机,那又是另一回事了。
VR未来可期,但现在,我们还是不要要求那么高了。你理想中的VR,需要等待技术的进步,单靠VR硬件设备研发没用,只能寄希望于英伟达和AMD不要彻底放弃VR。
本文基于《为什么虚拟现实还是不如PC》编译创作。原文链接:https://www.gearrice.com/update/why-is-virtual-reality-still-residual-on-pc/
(文中图片均来源于网络)
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