鸿蒙OS黑科技：凤凰引擎！手机也能“光线追踪”，未来可期

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华为有一项非常重要的技术，可能一直没有引起大家的注意，就是华为的“凤凰引擎”，这个图像渲染技术的最大特点就是支持“光线追踪”。 6月2日，华为将召开鸿蒙OS以及全场景新品发布会，很有可能会一同发布“凤凰引擎”。这是我猜的，为啥会这么猜，我后面会讲。今天就给大家讲讲这个非常厉害的技术！

首先我们对“光线追踪”技术做一个简单的介绍，这样更有利于向大家介绍华为的凤凰引擎。

实时“光线追踪”（Ray Tracing）是2018年由英伟达首先应用在显卡上的一项图形渲染技术，也是广大游戏玩家喜闻乐见的一项功能。目前支持实时“光线追踪”功能的只有PC上的高端游戏显卡，以及最新发布的PS5和Xbox游戏主机。

光线追踪渲染效果

在实时“光线追踪”功能发布之前，游戏中的画面主要采用“光栅化”（也叫栅格化，Rasterization）技术进行渲染，可以实现一些局部照亮的光线效果，画面细节主要靠的是贴图。游戏想要做得越精美，贴图资源也会做得越多。因此一些游戏大作的安装包文件，会非常庞大。

光栅化渲染简单演示

在游戏运行过程中，会有大量的三角形运算，以及大量的静态或动态贴图运算，会涉及到一些复杂算法和内存管理问题，一些大型游戏会非常依赖显卡GPU的运算能力以及显存容量。如果显卡能力不足，就会出现画面锯齿、贴图错误、光线失真、画面掉帧等等问题。

光线追踪原理

而“光线追踪”技术，简单地说，就是通过模拟光线的照射路径，真实地重现光线、材质、阴影和反射，计算出光线从发出以后，经过一系列衰减，再进入人眼时的情况，使画面看上去更加逼真。“光线追踪”不再需要贴图资源，不过要想得到更加真实的画面，依然需要显卡具备极高的算力。

举个例子，当年火爆的电影《流浪地球》，其中的CG画面就使用了光线追踪技术。在高峰时期，特效公司曾经一次调用1000台华为云主机进行画面渲染，最终给观众呈现出非常逼真的电影画面。

NVIDIA显卡的光追架构

英伟达的RTX显卡，为了实现更好的实时“光线追踪”效果，在显卡核心里，专门设计了光追加速单元(RT Core)来计算射线和三角形求交，配合显卡原有的浮点运算能力，以及深度学习算法，大幅提高画面的渲染效果。不过后来，NVIDIA将“光线追踪”功能也下放到了GTX10系列显卡上，通过升级驱动，也能够在软件层面实现部分“光线追踪”效果。

其实华为手机支持实时“光线追踪”并不是现在的新闻。早在2019年，华为就已经联合网易，在EMUI 10系统上做了首次尝试，发布了首款支持“光线追踪”功能的手机游戏《遇见逆水寒》。

首次在EMUI10.0实现光线追踪

当开启“光线追踪”功能后，游戏的光影效果、人物细节会更加出色，画质提升非常明显。从游戏画面，我们可以看到实时光线追踪软阴影、实时光线追踪磨砂镜面反射、实时光线追踪全景反射等多种光追效果。

实时光线追踪软阴影

实时光线追踪磨砂镜面反射

实时光线追踪全景反射

当时华为的手机用的还是麒麟990。麒麟990的GPU是660MHz的16核心ARM Mali-G76，32位浮点算力只有460.8GFLOPS（这里假设每个 FP32 执行单元可以每个周期跑完一条 FMA FP32 指令）。这个性能水平只相当于台式机NVIDIA支持光追的显卡RTX2060的算力6.5TFLOPS的7%。

能在如此低的算力下，实现“光线追踪”效果，说明华为在软件层面对加速结构和算法实现了突破，不得不感叹华为的技术实力！

不过《遇见逆水寒》毕竟只是一款小众休闲游戏，对画面要求不高，实现的“光线追踪”效果也比较简单，还不足以产生颠覆性影响，只能算是华为的第一次试水。

光追与光栅渲染耗电对比

这里顺带讲解一个误区，大家不要以为开启“光线追踪”以后一定会更耗电。正好相反，开启光线追踪以后，系统的耗电量可能反而会下降。比如这个《遇见逆水寒》游戏，根据网易公布的性能测试，当画面中出现一面镜子的时候，光线追踪渲染1帧画面，耗电是15.94毫安，而光栅渲染耗电19.04毫安。当画面中出现多个镜面的时候，光线追踪渲染1帧耗电19.7毫安，而光栅渲染则需要63.43毫安，是光线追踪耗电的3倍。场景特效里应用光线追踪的位置越多，就越省电。

华为第一次向外界公开“凤凰引擎”，是在去年10月举行的中国计算机图形学大会上。华为当时用一台神秘设备，演示了“凤凰引擎”强大的“光线追踪”效果。

凤凰引擎光追演示视频截图

凤凰引擎光追演示视频截图

视频画面是1080p，60fps。从画面上可以看出，华为的光追效果不输给桌面电脑的高端显卡。车身漆面反光、地面石头纹理、建筑物的不同表面材质的渲染，效果都非常惊人。

《天谕》手游光追效果

就在今年上半年，华为与网易合作开发了第二款支持“光线追踪”的手游《天谕》。画面效果也是非常惊艳，可以看到游戏中水面倒影更加真实，水面动态反射效果更加逼真，可以实现曲面玻璃的物体倒影“动态”渲染，而且在保证画面质量的同时，画面帧数可以稳定在60帧以上。

《天谕》手游光追效果

《天谕》手游光追效果

目前华为已经把凤凰引擎集成在了华为移动核心（HMS Core）的图形引擎开发工具Scene Kit里面。Scene Kit 基于GPU Turbo X技术，包括渲染引擎、材质引擎、动画引擎、物理引擎、粒子系统、开发工具等几个模块，顶层支持各类3D应用和第三方引擎插件。应用开发者可以通过Scene Kit，开发出包括光线追踪功能的各类应用。

Scene Kit还有很多其它强大的图形处理能力，我这里就不做过多的技术讲解了，感兴趣的小伙伴可以在华为开发者网站上查阅相关资料。

Scene Kit的图形增强插件

Easy Supersampling图形增强插件

Slim LOD图形增强插件

另外，结合华为自研的麒麟处理器，相信可以实现更强大的图形性能。只是可惜目前华为正在被制裁，无法更新自己的处理器，只能在软件层面继续发力。

随着“光线追踪”功能在华为系统中的应用，将给开发者带来更多的创作和想象空间，而鸿蒙OS将是搭载“光线追踪”功能的第一个移动操作系统。

Scene Kit 的AR View应用

为什么华为不在之前宣布凤凰引擎呢？大概有两个原因。第一，这个引擎还一直处在不断开发完善中，比如粒子系统和部分开发工具，就是在今年初才开发完成的。第二个原因就是，华为马上就要放弃安卓系统，全面转向鸿蒙OS，所以，与鸿蒙OS一起发布才更合乎逻辑。

另外，三星的下一款旗舰CPU将采用AMD的RDNA2架构，也将开启对“光线追踪”的支持。苹果的iPhone13也可能将在硬件上支持“光线追踪”。未来“光线追踪”技术将会在移动设备上遍地开花，支持光追的游戏将成为下一个热点。

“凤凰涅槃，浴火重生” 也许正预示了华为将凭借鸿蒙OS顽强地活下去！

下期视频我会和大家探讨，鸿蒙OS如何携手华为的另外一个强大的备胎科技，打破美国的芯片制裁，欢迎小伙伴关注我的频道。视频更新，会第一时间通知你！

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