قابلیت Ray Tracing یا تکنولوژی رهگیری پرتو یکی از بزرگترین پیشرفتهای سالهای اخیر در حوزه گرافیک کامپیوتری محسوب میشود که به تازگی به صنعت گیمینگ راه پیدا کرده است. اما اگر میخواهید بدانید که قابلیت Ray Tracing چطور کار میکند و چرا اینقدر برای بازیهای ویدیویی مهم است در ادامه با ما همراه شوید.
تکنولوژی رهگیری پرتو یا Ray Tracing مبحثی جدید در حوزه گرافیک بوده و برخی این فناوری را آینده گرافیک کامپیوتری میدانند. تکنولوژی رهگیری پرتو تا همین اواخر قادر به پیادهسازی در بازیهای ویدیویی نبود.
این فناوری صرفاً در انحصار صنعت فیلمسازی قرار داشت و برای مدتهای طولانی برای تولید تصاویر کامپیوتری در انیمیشن و افکتهای بصری استفاده میشد.
حالا با پشتیبانی پلی اسیتشن 5 و ایکس باکس سری ایکس از تکنولوژی رهگیری پرتو، فناوری مورد اشاره به عنصری مهم در گرافیک نسل بعد تبدیل شده است.
قابلیت Ray Tracing چیست و چطور کار میکند؟
در دنیای واقعی هر آن چیزی که میبینیم نتیجه برخورد نور به اشیای مقابل چشم ماست. نحوه برخورد نور به اشیا و بازتاب یا شکست آنها تعیینکننده این است که آن شی چطور در چشم ما دیده میشود.
رهگیری پرتو همانطور که از نام آن پیداست همین پروسه را به صورت برعکس انجام میدهد. در واقع یک الگوریتم مسیر پرتوهای نور را شناسایی کرده و نوع سایه و میزان انعکاس را هنگام برخورد با یک شی محاسبه میکند.
یک الگوریتم Ray Tracing فاکتورهایی مانند متریال و منابع نوری را مورد توجه قرار میدهد. برای مثال فرض کنید که دو توپ فوتبال یک رنگ داریم. اگر یکی از آنها از جنس چرم باشد و دیگری از جنس پلاستیک نباید به شکلی یکسان دیده شوند. زیرا بازتاب نور در هر یک از این سطوح متفاوت است.
هر سطح براقی مانند فلز یا پلاستیک سخت، نور را بازتاب میدهد و اشیای دور و بر خود را با به صورت غیرمستقیم روشن میکند. اشیایی که در مسیر یک پرتو نور قرار بگیرند از خود سایه به جا گذاشته و یک ماده شفاف یا نیمه شفاف مانند شیشه یا آب هم نور را میشکند. به عنوان مثال اگر یک مداد درون یک لیوان آب قرار بگیرد باید شکسته به نظر بیاید.
در واقع قابلیت Ray Tracing یک روش نوین و بسیار پیشرفته برای رندر کردن سایه ها، نورپردازی و بازتابها درون یک صحنه است. همانطور که گفته شد این فناوری جدید نبوده و پیش از این در بسیاری از فیلمها و انیمیشنها بکار رفته است.
تکنولوژی رهگیری پرتو بر شبیهسازی حرکت نور در دنیای واقعی و رفتار آن هنگام برخورد با مواد و متریالهای فیزیکی استوار است و از قوانین فیزیک پیروی میکند. بنابراین تصاویر کامپیوتری تولید شده از طریق رهگیری پرتو تا حد زیادی به واقعیت نزدیک هستند.
برخلاف صعنت سینما، تکنولوژی رهگیری پرتو تا همین اواخر کامپیوترهای شخصی را به چالش میکشید و برای گرافیک بازیهای ویدیویی عملاً ناکارآمد به حساب میآمد.
اما برای درک جزییات دقیقتر چگونگی کارکرد رهگیری پرتو، شبکهای که در تصویر بالا میبینید را به عنوان مانیتور کامپیوتر در نظر بگیرید. برای رندر صحنهای از یک بازی ویدیویی، کامپیوترها باید دنیای سهبعدی یک بازی را به صورت دوبعدی نقشهبرداری کنند تا بتوان آن را بر روی مانیتور نمایش داد.
یک نمایشگر 1080p بیش از 2 میلیون پیکسل دارد و برای انجام این کار کامپیوتر رنگ تمام پیکسلهای موجود روی صفحه را مشخص کند. در همین رابطه باید پروسه تاباندن یک پرتو روی اشیا انجام شده و نتیجه آن روی تک تک پیکسلهای یک صفحه محاسبه شود.
اگر یک پرتو با یک توپ برخورد کند، الگوریتم رهگیری پرتو اطلاعاتی مانند رنگ و فاصله آن از دوربین را مشخص کرده تا قادر به تعیین رنگ نهایی یک پیکسل از تصویر باشد.
البته رهگیری یک پرتو واحد برای خلق تصاویری شبیه به دنیای واقعی کافی نبوده و هرچه پرتوها بیشتر باشند، کیفیت تصویر بالاتر میرود و البته به منابع پردازشی بیشتری هم نیاز است.
شرکتهایی مانند پیکسار سرورهایی برای رندر دارند که از ابرکامپیوترهایی با دهها هزار هسته پردازشی به صورت همزمان استفاده میکنند. این سرورها میتوانند یک فریم واحد از یک افکت بصری خاص را در کسری از ثانیه ایجاد کنند.
در مقابل تمام محاسبات پردازنده و پردازشگر گرافیکی کامپیوتر که صرف تولید یک فریم از بازیهای ویدیویی میشود باید در کمتر از یک ثانیه اتفاق بیفتد. از همه مهمتر گرافیک سیستم باید قادر به رندر حداقل 30 فریم در هر ثانیه باشد تا تجربهای روان از یک بازی به دست آید.
تفاوت قابلیت Ray Tracing با Rasterization
پیش از این کارتهای گرافیک کامپیوتری از پروسهای به نام رستریزشن Rasterization برای رندر تصاویر استفاده میکردند. رستریزیشن هم نیازمند قدرت پردازشی فراوان است، اما پردازشگرهای گرافیکی کاملاً با این تکنیک سازگاری دارند.
البته وقتی نوبت به پردازش سایهها و ایجاد تصاویری مشابه واقعیت میرسد، تکنیک رستریزیشن با محدودیتهای زیادی در زمینه نورپردازی مواجه میشود.
طی سالیان متمادی، توسعهدهندگان بازی از تکنیکهای هوشمندانهای برای تولید المانهای نورپردازی مانند بازتاب، سایه و نور پردازی غیرمستقیم استفاده کردهاند، اما پیادهسازی تمام این ترفندها به این خاطر بود که قابلیت Ray Tracing هنوز جا نیفتاده بود.
بازیهای گرافیکی هم از رسترزیشن و هم از تکنولوژی رهگیری پرتو برای خلق صحنههای زیبا در گیمپلی خود استفاده کرده و وظایف رندر میان دو متد تقسیم میشود که هرکدام برای وظیفه خود بهترین هستند.
انویدیا برای نخستین بار قابلیت Ray Tracing را از طریق کارتهای گرافیک جدید سری RTX به دست مصرفکنندگان رساند. این کارتها دارای بخش سختافزاری ویژه ای هستند که به طور اختصاصی و تخصصی برای پردازش محاسبات رهگیری پرتو ساخته شده است.
پس از آن هم انویدیا درایور جدیدی منتشر کرد که پشتیبانی از رهگیری پرتو را به برخی کارتهای سری GTX میآورد که البته عملکرد ضعیفتری نسبت به کارت های RTX دارد.
استودیوی الکترونیک آرتز از این تکنیک برای بازتاب نور در بازی بتلفیلد 5 استفاده کرد. پس از آن هم بازی Shadow of the Tomb Raider روی این تکنیک تمرکز کرد و 4A Games هم به سراغ نورپردازی سراسری در بازی Global Illumination رفت.
RTX مخفف چیست؟
RTX به اختصار بیانگر عبارت Ray Tracing Texel eXtreme است. کارتهای RTX به صورت خاص به منظور پشتیبانی از فناوری رهگیری پرتو یا ری تریسینگ (Ray Tracing) معرفی شدند.
همانطور که از نام آن پیداست، این تکنولوژی با ردیابی پرتو نور میتواند نورپردازی درون بازی را بسیار واقعیتر جلوه دهد زیرا کارت گرافیک را قادر میسازد تا مسیر پرتوهای مجازی نور را ردیابی کند. سری RTX اولین بار در سال ۲۰۱۸ و با بهرهگیری از معماری تورینگ (Turing) معرفی شدند.
چگونه ray tracing را فعال کنیم؟
برای بهرهمندی از قابلیت Ray Tracing اولین قدم داشتن یک کارت گرافیک است که از این قابلیت پشتیبانی کند. پس از آن نوبت به نصب یک بازی سازگار با این فناوری میرسد.
در ادامه باید بررسی کرد که این قابلیت باید به صورت دستی فعال شود یا خیر. برای همین به قسمت تنظیمات گرافیکی بازی رفته و به دنبال گزینههایی مشابه RTX، ray tracing یا DXR بگردید و آن را فعال کنید.
تکنولوژی رهگیری پرتو و آینده گرافیک بازیهای ویدیویی
البته هنوز قابلیت Ray Tracing در ابتدای راه خود قرار دارد و کارتهای گرافیک RTX انویدیا از جمله پردازشگرهای گرافیکی رده مصرفکننده هستند که از تکنولوژی رهگیری پرتو پشتیبانی میکنند.
به همین خاطر تعداد بازیهای بهرهمند از تکنولوژی رهگیری پرتو تقریباً اندک است. اما به نظر میآید شرکتهای بازیساز تمایل بیشتری به این تکنولوژی نشان دهند.
مایکروسافت پشتیبانی از قابلیت Ray Tracing را برای بازیهای ویندوز و ایکس باکس وان اعلام کرد. در کنفرانس توسعهدهندگان سال 2019 اپیک گیمز و یونیتی اعلام کردند موتورهای بازی آنریل انجین و یونیتی که جزو محبوبترین موتورهای بازیسازی به حساب میآیند، حالا به صورت پیشفرض از رهگیری پرتو پشتیبانی میکنند.
اصلیترین رقیب انویدیا، یعنی AMD هم در زمینه رهگیری پرتو بیکار نمانده و کارتهای گرافیک این شرکت هم از این فناوری پشتیبانی میکنندو البته تیم قرمز پا را از این فراتر گذاشته و تراشه اگزینوس 2200 سامسونگ را هم به این قابلیت مجهز کرده است.
در واقع میتوان گفت گوشیهای هوشمند سری گلکسی اس 22 اولین محصولاتی در این زمینه هستند که از این قابلیت پشتیبانی میکنند. با فراگیر شدن تکنولوژی رهگیری پرتو میتوان انتظار داشت که در آیندهای نزدیک شاهد مزایای این فناوری بر روی پلتفرمهای مختلف و تمامی بازیها باشیم.
نظر خود را اضافه کنید.
برای ارسال نظر وارد شوید
ارسال نظر بدون عضویت در سایت