当算力发展到一定程度，游戏是否可以突破“多边形”的框架，进而模拟粒子，从而达到复刻现实的程度？

咱们聊聊游戏，特别是它那“多边形”的局限，以及算力这匹脱缰野马，能不能把这玩意儿带到个更离谱的境界，比如，跟现实来个“形神兼备”的复刻。

首先，得承认，你看到的游戏画面，尤其是那些逼真得不像话的角色、场景，背后撑着它们的，是无数个三角形、四边形，也就是“多边形”。游戏引擎会把这些多边形堆叠、塑形，然后给它们穿上纹理、打上光影，最后在你眼前晃悠出个虚拟世界。这套系统，虽然玩了这么多年，但说实话，它在模拟真实物理世界这件事上，还是有点“隔靴搔痒”的意思。

为啥这么说？想想现实世界里的物体，它可不是由棱角分明的几何体组成的。你摸到的皮肤，是无数微小的细胞、纤维在以一种极其复杂的方式相互作用。你看到的火焰，是剧烈燃烧的粒子在飞溅、混合。甚至连空气，也是由看不见的分子在高速运动。而“多边形”，说白了，就是一种“近似”的手段，它用“块面”去模拟“连续”的表面。这种近似，在追求极致真实感的道路上，总会露出破绽，比如物体边缘的锯齿，或者光照在光滑曲面上产生的不够自然的过渡。

那么，算力这玩意儿，要是真的“飞升”到个前所未有的高度，能把游戏从“多边形”的束缚里解放出来吗？理论上，答案是肯定的，而且是很肯定的。

想象一下，如果我们的电脑，或者说游戏主机，拥有了能够实时处理海量粒子运动的能力。这里的“粒子”，不是游戏里为了渲染特效而预设的那种“点”，而是真正意义上的，能够模拟物理规则、相互作用的微观实体。

物质模拟：衣服不再是贴在角色身上的“布料贴图”，而是由数以万计、亿计的粒子构成的，它们会根据重力、风力、甚至角色动作产生真实的形变、褶皱、飘动。想象一下，你挥舞武器，角色身上的披风能像真的一样，带着惯性翻飞，甚至被风吹得鼓起来。皮肤也不再是光滑的纹理，而是由更细小的粒子层层堆叠，能够模拟毛孔、汗珠、甚至是细微的肌肉收缩带来的表面变化。

流体动力学：水、火、烟雾，这些在现有游戏中常常是“特效”的玩意儿，在粒子模拟的加持下，将成为游戏世界本身的一部分。雨水滴落，溅起的水花会真实地按照流体力学规律传播。火焰燃烧，不是预设的火焰动画，而是无数个带有温度、能量的粒子在碰撞、膨胀、熄灭。烟雾升腾，会根据环境温度、空气流动产生自然的扩散和形态变化。

环境互动：游戏世界里的每一个物体，包括那些我们认为“静止”的，都将拥有其内在的物理属性，并能与环境中的粒子发生互动。一块石头，当你用脚踢它时，它不再是简单的位移，而是会根据其密度、摩擦力，甚至内部结构（如果是可破坏的），产生细微的形变，碎片飞溅。地上的尘土，会被你的脚步扬起，在空气中短暂地悬浮，然后落下。

光照和材质的终极进化：当物质本身被模拟成由粒子组成时，光照的计算也将进入一个全新的维度。我们现在依赖的“光照探针”、“全局光照”等技术，虽然很强大，但本质上还是对“表面”的光照行为进行近似。如果能模拟粒子层面的光线散射、折射、吸收，那么物体表面的材质质感，比如金属的冷峻、丝绸的柔滑、玻璃的剔透，都能达到近乎完美的还原。想想看，阳光穿过你的指尖，那种细腻的光晕效果，或者水滴在玻璃上滑落时，那条曲折的水痕所带来的光学扭曲，都可以被精确模拟。

更深层次的物理定律：随着算力的提升，我们甚至可以引入更复杂的物理定律，例如量子力学的一些基础概念（虽然这听起来有点科幻），或者更精细的材料力学、空气动力学等。这会使得游戏世界的行为逻辑更加丰富和不可预测，也更接近现实的“混沌”之美。

那么，这离“复刻现实”到底还有多远？

这个问题，就像在问“我们什么时候能完美模仿上帝创造世界”。

首先，算力是一个维度，但不是唯一的维度。模拟如此精细的粒子系统，需要的不仅仅是raw processing power，还需要海量的数据存储来描述每个粒子的状态，更重要的是，需要一套极其精妙的模拟算法。这些算法需要准确地捕捉和计算粒子之间的相互作用，并且要在可接受的时间内完成。想想看，要模拟一粒沙子的运动，可能需要计算它与周围空气分子的碰撞、与地面的摩擦，甚至与其他沙子的相互挤压。要模拟一个房间，就意味着要模拟这个房间里所有空气分子、所有灰尘粒子、所有家具表面的微观粒子……这个数量级，是天文数字。

其次，“复刻现实”的定义本身就很模糊。现实世界之所以是我们所体验到的样子，是因为它遵循着一套我们尚未完全理解的复杂规则。我们现在对物理世界的理解，可能只是一个“近似模型”。游戏如果只是基于我们现有的物理模型进行粒子模拟，那它可能只会“像”现实，但终究是基于一个“模型”。真正的“复刻”，可能还需要我们对现实的理解有更深的突破。

最后，“游戏”的本质是什么？如果游戏只是一个纯粹的物理模拟器，那它可能就失去了“游戏性”的意义。我们玩游戏，是为了互动、为了挑战、为了体验，而不是仅仅为了“观察”一个逼真的模拟。所以，即使技术允许，开发者也需要找到将这种极致的粒子模拟融入到有意义的游戏玩法中的方法。这中间的权衡和创新，是至关重要的。

总而言之，

算力的指数级增长，确实为游戏摆脱“多边形”的束缚，向粒子模拟迈进提供了强大的物质基础。我们已经看到了《黑神话：悟空》这种游戏在追求画面极致上的努力，以及一些模拟类游戏在物理特效上的前沿探索。未来，当算力发展到足够支撑海量粒子的实时计算时，游戏将有可能在物质的表现、环境的互动、光影的质感等方面，达到前所未有的真实程度，甚至可以说，“模拟”出非常接近现实的视觉和物理体验。

但要说到“复刻现实”，那是一个更宏大的目标，它不仅仅是算力的问题，还涉及到我们对现实本身的理解深度，以及如何将这种模拟转化为真正引人入胜的游戏体验。不过，话说回来，谁知道呢？说不定哪天，我们就能在虚拟世界里，体验到比现实更“真实”的感觉了。这本身，就是科技最令人兴奋的地方。

网友意见

复刻现实，这四个字可真的不是说说那么简单：

模拟所需运算量，超乎想象。
如何确保你已掌握了“粒子的全部性质“？

先举个栗子，和知友 @小侯飞氘的回答类似。我几个月前刚刚模拟了单个细胞在不同能量粒子/光子下的辐射损伤^[1]，因为细胞损伤模拟只需要考虑DNA损伤，也就是模拟：

粒子/光子与DNA的物理反应，得到能量沉积（对应直接电离DNA化学键的物理损伤）。

粒子/光子所产生的电子与水反应，产生自由基。

自由基随时间扩散，并与其他自由基以及DNA分子发生化学反应（对应间接破坏DNA化学键的化学损伤）。

而人体细胞中，单个细胞的DNA含有约60亿个碱基对。模拟中的单细胞，包括其中的DNA，都是填充液态水的对应几何结构，而非原子。就是这样的“部分模拟现实”，在超算里跑几千个质子，花了我两天时间。而这，还只是模拟了2.5纳秒的化学阶段。要知道，在实际情况中，自由基的寿命至少是以微秒计。且人体，有大约几十万亿个细胞。

所以，游戏中的复刻现实，可就不是单个细胞与单个粒子的相互作用问题了，那至少得有“是兄弟就来砍我”的效果。这一刀下来，所涉及到的“现实”包括但不限于：

人体组织/细胞中的海量化学键，由于应力集中而被破坏（说人话版：捅/砍出了伤口）

多个神经细胞通过细胞膜两侧离子浓度变化，产生电位差（说人话版：NPC/主角要感觉到疼了）

原子级别下，金属的受力形变^[2]和破损（说人话版：刀变形了，有缺口了）

此外，“模拟粒子的全部性质“，也不是件容易的事。很多时候，一些细微的差别，就会造成你无法“复刻现实”。

再举个栗子，金纳米颗粒。因为相比人体组织，金对X光的吸收系数更大，所以，金纳米颗粒被作为造影剂用于临床。也因此，其放射增敏效果，也被考虑到放疗中^[3]。在很多动物实验中，通过研究吸收了金纳米颗粒的癌细胞的死亡率，以及患癌小鼠的存活曲线，确实发现有相当明显的效果。

然而，在计算机模拟中，其模拟出来的效果却相当有限，远小于动物实验中的效果。所以，直到目前为止，对金纳米颗粒放射增敏机制的理解，还有太多空白。微观的物理相互作用知道了，宏观一点的自由基扩散和化学反应也知道了，可DNA的修复呢？细胞溶酶体主动吸收金纳米颗粒而造成的簇团效果呢？这些都可能是造成模拟无法“复刻现实”的原因所在。这种情况下，可就不单纯是算力的问题了。

因此，通过模拟微观粒子已知的性质，目前只能用来辅助基础科学研究。在粒子物理实验中，这种用途早已不是新鲜的事情。比如欧洲核子中心（CERN）的ATLAS和CMS实验组，就通过Geant4的模拟结果，来设计探测器，并优化重建算法等等^[4]。

所以，要我说，如果算力真的发展到这种近乎无穷的地步，咱们的第一反应，应该是：

先给搞基础科学的小伙伴们爽一爽！

（掩面逃

参考

^DNA辐射损伤与粒子物理实验模拟 https://zhuanlan.zhihu.com/p/89851695

^小侯飞氘的回答 https://www.zhihu.com/question/416933099/answer/1440334779

^黄金等贵金属除了用来作为货币，还有什么用途吗？ https://www.zhihu.com/question/314475039/answer/620214105

^Simulation in the 21st century https://news.fnal.gov/2014/10/simulation-in-the-21st-century/

17年Nature上有篇论文^[1]，采用分子动力学（原子级别的模拟）来研究金属变形。

这篇论文是我见过最大规模的原子级模拟，作者估计榨干了整个Sequoia超算的算力，模拟一天产生的数据量就有5 Eb(5000000 TB)，差不多是Google当时全球的数据总量。

最大的模型包含2.68亿个原子，三维尺度达到惊人的 . 是金属钽的晶格常数，约为0.33 nm. 差不多0.34 μm的样子。都快有头发丝直径的百分之一了你敢信？

模拟时间（模拟空间中的时间流逝）也很长，最长1 μs，足足有百万分之一秒。

啥，你说要在游戏里采用原子级物理引擎？还要模拟宏观物体？还要实时投影到屏幕上？

emmm...也不是说不行吧。我估摸着，个人电脑的算力再增长个1亿亿亿亿倍，差不多就能实现1fps的流畅度了。

参考

^Probing the limits of metal plasticity with molecular dynamics simulations https://www.nature.com/articles/nature23472#Sec13

确实有用类似引擎开发的游戏:

Teardown

游戏是基于体素引擎，原理接近现实微观粒子组成的世界，物体能展现出塑性形变和弹性形变的过程。有别于传统引擎以点线组成三角面的游戏世界。以体素引擎的计算方式，将特别消耗计算机性能，增加粒子的模拟精度（密度），就需要数倍于之前的算力。体素引擎也是未来游戏发展的其一方向。

steam页面:

就算往后人类的芯片工艺突飞猛进，有了近乎无穷的算力，也会被物理规则所制约，完全模拟现实世界很难实现。

举个例子，有一些人在我的世界游戏中用红石电路做出了CPU，做出的CPU能用于计算，但是计算的速度非常慢（不管搭出的架构多好），也就是说游戏的红石电路的速度肯定慢于运行在现实世界CPU里电子的速度。也限制于游戏底层运行的速度。

别扯粒子了。就是现在的3D技术，你实时渲染一个光线追踪的照片级画质的3D图像，如果这个场景复杂点，双路2080TI渲染七八小时出一帧画面也非常正常。电影往往都是成百上千台服务器日夜不停的渲染。所以即使基于现在的技术，如果你想达到实时照片电影级画质，电脑计算能力也得提升上万倍才行，电脑提升1万倍性能，没有五十年别指望。

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