کنسول های بازی نسل جدید از ویژگی ری تریسینگ پشتیبانی خواهند کرد. در این مقاله میخواهیم به توضیح نقش Ray Tracing در خلق تصاویر واقعی بپردازیم.
از بازیهای ویدیویی خوشتان میآيد؟ از فیلمهای تخیلی و پر از جلوههای ویژه چطور؟ اگر پاسختان مثبت است پس احتمالا با تکنیکهای مختلف پردازش گرافیکی که منجر به خلق تصاویر دیجیتالی واقعی میشوند هم آشنا هستید یا حداقل یک بار اسمشان را شنیدهاید. یکی از جدیدترین و پیشرفتهترین روشهای پردازش گرافیکی ری تریسینگ یا Ray Tracing نام دارد. اگر با این مفهوم آشنا نیستید، اولا باید بدانید که در مورد ویژگی بسیار مهمی صحبت میکنیم که قرار است آینده گرافیک بازیهای ویدیویی را شکل دهد. ثانیا اصلا نگران نباشید؛ ما در این مقاله بهطور کاملا ساده و دقیق توضیح میدهیم که ری تریسینگ چیست و به چه دردی میخورد.معمولا کمپانیهایی که در زمینه تکنولوژیهای گرافیکی فعالیت میکنند (مثل شرکت انویدیا که به ساخت چیپها و کارتهای گرافیکی مشغول است) هر چند سال یکبار، یک جهش در فناوری پردازش گرافیکی را معرفی میکنند. این جهشها چه بزرگ باشند و چه کوچک، در نهایت منجر به پیشرفت جلوههای بصری در بازیها و فیلمها میشوند. به همین خاطر است که معمولا هر سال شاهد بهتر شدن گرافیک بازیها هستیم.
اما وقتی بهطور خاص درباره بازیها صحبت میکنیم، پای کنسولهای بازی به میان میآید. کنسولها مثل کامپیوترها نیستند که بلافاصله پس از معرفی یک تکنولوژی جدید یا عرضه یک کارت گرافیک قدرتمندتر به بازار، قابل ارتقا باشند. به همین دلیل از نسلهای مختلف برای کنسولهای بازی صحبت میشود. در هر نسل شاهد عرضه کنسولها با جدیدترین فناوریهای گرافیکی هستیم و سپس تا چند سال تغییری در این بخش نمیبینیم. اما وقتی نسل عوض میشود و کنسولهای جدید میآیند، همه چیز تغییر میکند. چون این کنسولها تمام ویژگیهای پیشرفتهای که طی عمر کنسولهای قبلی معرفی شدهاند را دارا هستند و حتی چند ویژگی جدید هم معرفی میکنند که در نهایت تمام اینها منجر به جهش گرافیک بازیها میشوند.
آنچه در این مقاله میخوانید:
- ری تریسینگ چیست؟
- Ray Tracing چه تفاوتی با تکنیک های قبلی نورپردازی دارد؟
- ری تریسینگ چگونه کار میکند؟
- چه زمانی شاهد Ray Tracing خواهیم بود؟
- چرا ری تریسینگ را آینده گرافیک بازی های ویدیویی مینامیم؟
ری تریسینگ چیست؟
به زبان ساده، ری تریسینگ روشی است که باعث میشود تا نورها در یک بازی ویدیویی، رفتاری شبیه دنیای واقعی داشته باشند. در این روش با استفاده از یک الگوریتم خاص، مسیر حرکت یک اشعه نور در دنیای واقعی، بهصورت دیجیتالی شبیهسازی میشود. مزیت این روش آن است که بازیسازها میتوانند تعداد زیادی پرتو نور را به سطح یک شی بتابانند و سپس سایههای واقعی و انعکاسهای طبیعی را ایجاد کنند.
جالب است بدانید که این تکنولوژی از سال 1969 معرفی شد و از آن موقع تا به حال، برای ایجاد جلوههای بصری طبیعی در فیلمها و انیمیشنهای سینمایی مورد استفاده قرار گرفته است. اما با گذشت این همه سال، هنوز هم پردازش تصویری که از ویژگی Ray Tracing استفاده میکند، با صرف هزینه و زمان زیادی همراه است و قدرت پردازشی زیادی میطلبد. این امر در فیلمها با توجه به اینکه هر صحنه از پیش پردازش و آماده میشود مشکل خاصی به وجود نمیآورد، اما در بازیها چون عمل رندر باید بهصورت همزمان انجام شود، استفاده از ری تریسینگ بسیار سخت و پیچیده است. تونی تاماسی، یکی از مدیران کمپانی انویدیا در این باره صحبتهای جالبی کرده است:
یک بازی معمولا به صورت 60 یا 120 فریم بر ثانیه اجرا میشود، بنابراین لازم است که هر فریم در 16 میلیثانیه پردازش شود. در حالی که هر فریم در یک فیلم از پیش پردازش شده است و اگر زمان رندر برای هر فریم به 8 یا 12 یا حتی 24 ساعت هم برسد مشکلی بهوجود نمیآید.
اگر پردازندههای فعلی از پس رندر همزمان فریمها با روش ری تریسینگ برنمیآیند، این همه هیجانزدگی برای چیست؟ خب دلیلش این است که ما به زمان عرضه و فراگیر شدن چنین پردازندههایی بسیار نزدیک شدهایم. در واقع همین حالا هم برخی شرکتهای پیشرو در این زمینه (مثل انویدیا) اقدام به عرضه مدلهایی از کارتهای گرافیکی خود کردهاند که به تکنولوژی مذکور مجهز هستند و البته مهمتر اینکه کنسولهای نسل بعدی هم از ویژگی Ray Tracing پشتیبانی میکنند.
Ray Tracing چه تفاوتی با تکنیک های قبلی نورپردازی دارد؟
در تکنیک ری تریسینگ پرتوهای نور به صورت خودکار در محیط بازتاب داده شده و از سطوح مختلف منعکس میشوند، اما در روشهای فعلی، بازیسازها باید نورها را به صورت از پیش تعریف شده در محیط قرار دهند. بگذارید کمی بیشتر توضیح بدهیم. در حال حاضر بسیاری از افکتهای تصویری مانند سایهها، انعکاسها، محو شدگیها و درخشندگیها، توسط برنامهنویسها و بهشکل از پیش رندر شده در بازی قرار میگیرند. این افکتها بسیار زیبا بهنظر میرسند اما پویا نیستند. مثلا اگر شما در داخل محیط یک بازی باشید و درون یک دیوار سوراخی ایجاد کنید، پرتوهای نور از داخل آن سوراخ عبور نمیکنند (مگر اینکه از قبل برنامهنویسی شده باشد)، اما ری تریسینگ همزمان باعث میشود که اشعههای نور بهصورت خودکار در محیط پخش شوند، از سوراخها و شکافها عبور کنند و از سطوح مختلف به شکلهای گوناگون بازتابیده شوند.
ری تریسینگ چگونه کار میکند؟
در دنیای واقعی منابع نوری زیادی وجود دارند. پرتوهای نور که از تعداد بیشماری ذرات فوتون تشکیل شدهاند، از یک منبع نور منتشر میشوند، به سطوح مختلف برخورد کرده و از آنها بازتاب پیدا میکنند و سپس به چشم ما میرسند. ری تریسینگ هم به همین روش عمل میکند، اما با این تفاوت که همه چیز بهصورت برعکس اتفاق میافتد. مثلا در داخل یک بازی، رهگیری پرتو نور از چشم مخاطب (دوربین) آغار میشود و سپس به سطوح مختلف میرسد. در این زمان تعیین میشود که برای این پرتو، کدام منبع یا منابع نور باید مورد استفاده قرار بگیرند و پردازش شوند. مزیت اصلی این روش آن است که فقط منابع نوری لازم برای پردازش یک تصویر مورد استفاده قرار میگیرند و این باعث میشود که حجم رندرگیری به مراتب کاهش پیدا کند.
در حال حاضر از یک روش دیگر هم برای کاهش حجم پردازش ری تریسینگ استفاده میشود. مهدسین شرکت انویدیا به این نتیجه رسیدهاند که لازم نیست تمام پرتوهای نوری را در عملیات پردازش درگیر کنند. آنها فقط چند پرتو اصلی را مورد پردازش قرار میدهند و سایر پرتوها را با استفاده از الگوریتم یادگیری ماشینی، شبیهسازی میکنند. از این طریق، به جای رندرگیری از هزاران پرتو نور، کمتر از صد پرتو پردازش میشوند و این حجم رندرها را بسیار کاهش میدهد.
چه زمانی شاهد Ray Tracing خواهیم بود؟
ری تریسینگ همزمان همین حالا هم در بعضی بازیها وجود دارد. اگر کامپیوتری داشته باشید که از پس پردازش این ویژگی بربیاید، میتوانید در بازیهایی مانند Battlefield V و Metro Exodus و حتی Shadow of the Tomb Raider آن را تجربه کنید. حتی برخی بازیهای آینده مثل Cyberpunk 2077 دارای این قابلیت خواهند بود. شرکت انویدیا سال گذشته در سری کارتهای گرافیکی RTX خود از این تکنولوژی رونمایی کرد؛ بنابراین برای انجام بازیها با ویژگی Ray Tracing باید حتما یکی از این کارتها را درون کیس کامپیوتر خود داشته باشید (که قیمتی بین 400 تا 1500 دلار دارند.)
کنسولهای نسل هشتم مثل پلی استیشن 4 و ایکس باکس وان از این تکنولوژی پشتیبانی نمیکنند، اما سونی و مایکروسافت تایید کردهاند که در کنسولهای بعدیشان شاهد ری تریسینگ خواهیم بود. با این توضیحات بهنظر میرسد که برای تجربه این فناوری بهتر است تا زمان عرضه کنسولهای پلی استیشن 5 و ایکس باکس بعدی (که فعلا با نام پروژه اسکارلت شناخته میشود) صبر کنیم.
چرا ری تریسینگ را آینده گرافیک بازی های ویدیویی مینامیم؟
میتوان گفت که هنوز در روزهای اولیه ورود تکنولوژی ری تریسینگ به دنیای بازیها هستیم. کارتهای گرافیک RTX انویدیا تنها GPUهایی هستند که از این ویژگی پشتیبانی میکنند. به همین خاطر هم هست که تعداد بازیهای دارای این فناوری معدود است. اما با ورود سایر کمپانیهای بزرگ به این حوزه، آینده روشنتر به نظر میرسد.
مایکروسافت Ray Tracing را به DirectX 12 که برنامه اصلی برای اجرای بازیها روی ویندوز و ایکسباکس وان است، اضافه کرده و موتورهای گرافیکی پراستفادهای مانند آنریل انجین و یونیتی هم حالا از این ویژگی پشتیبانی میکنند. حتی کمپانی کرایتک هم اعلام کرده که به زودی شاهد ارائه این قابلیت روی موتور گرافیکی کرای انجین خواهیم بود.
رقیب اصلی شرکت انویدیا یعنی AMD هم بیکار ننشسته و با اینکه هنوز درباره کارتهای جدیدش صحبتی از ری تریسینگ نکرده است، اما با توجه به آنچه درباره کنسولهای نسل بعدی میدانیم، این کمپانی هم احتمالا بهزودی کارتهای گرافیکی با پشتیبانی از این قابلیت معرفی میکند. احتمالا میدانید که کنسولهای نسل بعدی یعنی پلی استیشن 5 و پروژه اسکارلت، هر دو از پردازندههای AMD و تکنولوژی پردازش گرافیکی این شرکت با عنوان Navi استفاده میکنند.
همه چیز نشان میدهد که فاصله زیادی تا فراگیر شدن استفاده از ری تریسینگ در بازیهای ویدیویی نداریم. اتفاقی که مطمئنا به یک جهش بزرگ در واقعیتر شدن گرافیک بازیها ختم خواهد شد. نظر شما در این باره چیست؟ فکر میکنید این تکنولوژی چه تاثیری روی تجربه گیمری ما داشته باشد؟