對一般玩家而言,「Navier Stokes」聽起來就像是情報單位裡風流倜儻、像 007 龐德那種的第一人稱射擊手。不管是穿燕尾服還是防彈背心,都表現得很從容的感覺。
其實這種感覺只對了一半。Navier-Stokes 的確在越來越多的遊戲中現身,不過它不是遊戲角色,而是一套演算法。Navier 和 Stokes 分別是 19 世紀的法國和愛爾蘭數學家,他們率先透過研究像是燃燒中香菸升起的煙霧、或是競速快艇所引起的尾流,來開發亂流的數學模式。
Ashu Rege 領導 NVIDIA 工程師團隊,
在最新電腦遊戲中注入創新數學技術。
這套同名演算法,目前依舊居於先進數學技術之列。數學領域知名的「克雷千禧年難題大獎 (Clay Millennial Prizes)」更將此演算法的效力證明納為獎項之一,只要解出就可獲得一百萬美元獎金。
NVIDIA 的遊戲內容與技術副總裁 Ashu Rege 指出,Navier-Stokes 的源由不僅是因為他數學怪咖的個性 (擁有加州柏克萊大學電腦科學博士學位,因此這樣稱呼他絕不為過),也是要點出遊戲開發人員與 NVIDIA 工程師合作時所能帶來的優勢。
來自印度孟買的他是工程師領域的翹楚,他在 1980 年代的成長期間就已經在朋友的 Sinclair ZX81 上編寫簡易遊戲程式。他的團隊領先在 NVIDIA GPU上開發出能快速即時運作的 Navier-Stokes 演算法實踐方案,並將這套繪圖作業命名為「亂流 (Turbulence)」。
Ashu 表示: 「透過現實世界中的煙霧或流體,你可以看見有趣的漩渦和形成過程。當你穿過一片煙霧時,煙霧會分散。但其分散的方式,會依照你行走的速度而定。長久以來,遊戲裡的煙霧總是不夠真實。即便 Navier-Stokes 演算法能模擬煙霧,也必須花費無止盡的時間才能達成。現在,有了亂流方案,我們就能即時呈現這種效果。」
打造遊戲
繪圖產業的每間公司內部都會聘請很多具備先進數學技術能力的專家。Rege 表示,NVIDIA 的獨步之處在於公司會例行派遣內部鑽研 Navier-Stokes 技術的數學專家到現場與開發人員一同作業。他們不僅要修正裝置驅動程式中的錯誤,也要跟遊戲開發人員並肩合作,一同將 NVIDIA 技術和高階數學運算深入結合到遊戲作品之中。
身為團隊的首席科學家,Rege 負責將先進的科學技術介紹給創造次世代互動性體驗的藝術家,並彙整這些藝術家的感受回報給 NVIDIA。
他表示,在 NVIDIA,常常有人發明了某項技術然後說: 「只是發明還不夠,我想要把它用到遊戲當中。」「在 NVIDIA,我們並不是住在象牙塔,而是會實際與開發人員一同作業。」
「這些人都是我們團隊裡的頂尖數學博士,他們和公司裡最聰明的開發人員們一同合作。開發人員非常讚賞這樣的作法,因為可以藉此腦力激盪,開拓繪圖作業的全新方向。」
Rege 已經在 NVIDIA 服務九年,他主要負責支援內部開發人員,以及處理對外事務。在這個崗位裡,他管理將近 100 名人員,且大多數都是從世界知名大學畢業,具備數學和電腦繪圖相關背景。
Rege 旗下的大多數工程師幾乎隨時都在執行外派任務,跟開發人員一同工作。Navier-Stokes 就是在外派任務期間首次提出的。這個作法也運用在「末日之戰 (Cysis)」首部曲上,當時有六、七名 NVIDIA 工程師外駐於 Crytek 的法蘭克福辦公室好幾個月,協助該遊戲上市。
該團隊的另一項成就,就是在「決勝時刻 (Call of Duty)」中進一步提升探測炸彈的德國牧羊犬 Riley 的毛髮真實度。
Rege 表示: 「毛髮,特別是動物的皮毛,一般來說是高度複雜的繪圖作業。為了正確模擬皮毛,你必須針對每一搓毛束繪製模型,並配置特定的屬性。牧羊犬跳入池塘時,身體有一部分會沾濕,皮毛就要呈現結團的樣子。模型的製作以及外觀的精準呈現,其實是相當困難的工作。」
數學技術轉變成收益
NVIDIA 亦協助 Ubisoft 提升「縱橫諜海: 黑名單 (Splinter Cell: Blacklist)」的光源效果,讓灰暗的屋頂和淋雨的牆面看起來更真實。此外,Snail Games 也獲得支援,讓「九陰真經 (Age of Wushu)」裡遊戲人物的服裝呈現飄逸與皺摺的效果。由於 Snail Games 將服裝設定為遊戲內購買項目,因此額外的真實感已促成了數十萬美元的收益。
Rege 表示,他的工程團隊熱愛挑戰遊戲繪圖的極限,即使是較不花俏的工作也樂在其中。例如,繪圖效果較普通的遊戲也能透過敏銳程式人員的全面審查而獲得優勢。
「我們的工程師也許會告訴開發人員: 採用這個繪圖順序如何? 這樣或許就不會讓電池那麼快沒電?」他們總是可以想出辦法讓遊戲執行得更順暢。
Rege 的團隊不僅為遊戲公司提供支援,因為 NVIDIA 的 GPU 在超級電腦領域的科學和工程相關作業上也越來越普及,所以他旗下的工程師在協助開發新的冒險遊戲一個月後,下個月可能就會進入 NASA 的 Ames 研究中心提供支援。