bazi-psn.ir

رهگیری پرتو یا Ray Tracing در کنسول های نسل نهم

رهگیری پرتو

رهگیری پرتو (Ray Tracing) نخستین بار در سال ۱۹۶۹ مطرح شد و از سال‌ها قبل برای شبیه‌سازی نورپردازی و سایه‌ها در صنعت سینما مورد استفاده قرار می‌گیرد اما تا همین اواخر اجرای آن نیازمند توان محاسباتی بالایی بود. رهگیری پرتو از تکنیک‌های نورپردازی که جلوه‌هایی واقع‌گرایانه را به ارمغان می‌آورد.

کارت‌ گرافیک‌هایی که از این فناوری پشتیبانی می‌کنند، می‌توانند باعث هر چه واقعی‌تر شدن محیط‌های بازی شوند. در واقع رهگیری پرتو سعی دارد تا نور را همانند دنیای واقعی به نمایش بگذارد.این فناوری با استفاده از الگوریتم ردیابی مسیر حرکت نور در محیط فیزیکی، پرتوهای نور واقعی را شبیه‌سازی می‌کند.

طراحان با استفاده تکنیک مذکور مسیر حرکت پرتوها، بازتاب نور از سطوح و سایه‌ها را بسیار واقع‌گرایانه خلق می‌کنند؛ در نتیجه جذابیت محیط مجازی و گیم‌پلی بازی‌ها به مراتب بیشتر می‌شود.

Ray Tracing-bazi-psn.ir

دلیل هیجان گیمرها

«تونی تاماسی»، معاون ارشد بازاریابی فنی انویدیا در این باره می‌گوید:

بازی‌ها معمولا در نرخ‌های ۶۰ یا ۱۲۰ فریم در ثانیه اجرا می‌شوند که به معنی محاسبه هر فریم در ۱۶ میلی ثانیه است. این در حالی است که رندر هر یک از این فریم‌ها در فیلم‌های معمولی بین ۱۲ تا ۲۴ ساعت زمان می‌برد.

دلیل هیجان گیمرها این است که حالا نه فقط ابزارهای محاسباتی گران قیمت بلکه سخت افزار سیستم‌های خانگی آنها هم قادر به پردازش افکت‌های نورپردازی به صورت بلادرنگ است. چیپ‌های گرافیکی که در نسل بعدی پی سی‌های گیمینگ و کنسول‌ها جاخوش می‌کند، دارای قدرت رندر کافی برای تولید پرتوهای رهگیری شده در آن واحد است. بی تردید در آینده نزدیک، شاهد تغییرات ساختاری قابل توجه در دنیای بصری بازی‌ها خواهیم بود.

تفاوت Ray Tracing با تکنیک‌های فعلی

بازی‌های ویدیویی همین حالا هم دارای عناصری مثل تابش نور، شکل گیری پرتوها، تشکیل انعکاس، سایه و …هستند اما این موارد رفتار واقعی نداشته و با ترفندهای پیچیده ایجاد می‌شوند. برنامه نویس‌ها گاهی افکت‌های نوری و حتی رهگیری آنها را از قبل رندر کرده و در گیم بکار می‌گیرند، به همین خاطر هم این افکت‌ها همیشه به یک شکل ظاهر می‌شوند. افکت‌ها در نگاه اول متقاعد کننده به نظر میرسند اما ایستا و عاری از هر نوع پویایی هستند.

تاثیر Ray Tracing در بازی ها

تاماسی در این باره می‌گوید: «اگر نورپردازی بازی‌ها در لحظه رندر نشود، درست از آب درنمی‌آید.»

برای درک بهتر این مساله فرض کنید گیمر با شلیک راکت حفره‌ای در دیوار ایجاد کند؟ در این حالت اگر برنامه نویس با غفلت از این حرکت افکت‌های نوری آن را رندر نکرده باشد، هیچ نوری در حفره جریان پیدا نمی‌کند.

در بازی‌های بهره‌مند از قابلیت Ray Tracing با ایجاد هر تغییر کوچکی در محیط بازی، رفتار نور هم به صورت خودکار تغییر خواهد کرد. این فناوری آنقدر دقیق است که نور منعکس شده از دو شی یکسان اما جنس‌های مختلف را به شکلی متفاوت بازسازی می‌کند.

رهگیری پرتو چگونه عمل می‌کند؟

موج نور از بی شمار فوتون کوچک تشکیل شده که از سمت منبع به سوی محیط اطراف جاری می‌شوند. این موج پس از برخورد به اشیاء به سمت چشم حرکت می‌کند. سپس مغز همه پرتوهای مختلف نوری را به عنوان یک تصویر کامل پردازش می‌کند.اما در Ray Tracing همه فرایند معکوس می‌شود.

در دنیای نرم افزار نور رهگیری شده از دید کاربر (یا لنز دوربین) شروع شده و به سمت دنیای خارج حرکت می‌کند. این پرتو از میان اشیاء مختلف مسیر خود را باز کرده و حتی گاهی رنگ و ویژگی‌های بازتابی آنها را نیز به خود می‌گیرد، تا زمانی که نرم افزار منبع نور مناسب را تعیین می‌کند.تکنیک شبیه سازی بصری معکوس برای کامپیوترها به مراتب کارآمدتر از ردیابی آنها از منبع نور است.

در این روش به جای همه پرتوها تنها آنهایی که در میدان دید کاربر قرار دارند، رهگیری می‌شوند.بدین ترتیب توان محاسباتی تنها صرف نمایش پرتوهای واقع در میدان دید می‌شود و همین عامل به سخت افزارهای عادی اجازه داده از پس پردازش رهگیری پرتوی بلادرنگ برآیند.

سخت‌افزار پشت رهگیری پرتو

حتی جهت پردازش Ray Tracing ساده‌‌ای که در برخی از بازی‌های به کار می‌رود، شرکت انویدیا در کارت گرافیک‌های سری RTX از سخت‌افزارهای اختصاصی جهت انجام این کار بهره می‌برد. معماری تورینگ این شرکت از هسته‌های RT (رهگیری پرتو) استفاده کرده تا بتواند این تکنیک را در زمان واقعی اعمال و پردازش کند.

لزوما استفاده از این هسته‌ها جهت انجام رهگیری پرتو لازم نیست، زیرا کارت گرافیک‌های سری 10 و 16 خانواده GTX نیز می‌توانند چنین پردازشی را انجام دهند.علی‌رغم اعمال تکنیک‌های مختلف، جهت بهره‌مندی از رهگیری پرتو، به یک کارت گرافیک قدرتمند نیاز دارید. اما با افزایش محبوبیت این فناوری در میان توسعه‌دهندگان، باید امیدوار باشیم که طیف سخت‌افزارهای مورد پشتیبانی افزایش یافته و همچنین قیمت آن‌ها نیز مقرون‌به‌صرفه‌تر باشد.

 کارت گرافیک هایی که در سری RTX  می‌توانند متود Ray Tracing را اجرا کنند
  • Titan RTX
  • RTX 2080 Ti
  • RTX 2080 Super
  • RTX 2080
  • RTX 2070 Super
  • RTX 2070
  • RTX 2060 Super
  • RTX 2060

 رهگیری پرتو بلادرنگ چه زمانی از راه می‌رسد؟

نمونه‌های کاربرد کامل رهگیری پرتو را می‌توان در دمو‌های اولیه این فناوری مانند Battlefield V ،shadow of the Tomb Raider و Metro Exodus مشاهده کرد، هرچند که بازی‌های جدیدتر همانند Control و MechWarrior 5: Mercenaries نیز کیفیت قابل قبولی دارند.

بازی مستقل Stay in the Light نیز که در سبک وحشت ساخته شده، به‌طور کامل پیرامون استفاده از این فناوری در زمینه انعکاس‌ها و سایه‌ها توسعه داده شده است.

همچنین نسخه ریمستر Quake II نیز تجربه‌ای مشابه را به ارمغان می‌آورد. بازی Control از شرکت رمدی و Atomic Heart از شرکت Mundfish نیز قرار است که در سال 2020 از رهگیری پرتو پشتیبانی به عمل آورند.

رهگیری پرتو در کنسول های نسل نهم

کنسول‌های نسل نهمی شرکت‌‎های سونی و مایکروسافت نیز از رهگیری پرتو بهره می‌برند. پردازنده گرافیکی هر دوی این کنسول‌ها از معماری Navi شرکت AMD استفاده می‌کند، بنابراین معماری Big Navi می‌‎تواند اشاره‌ای به جریان اصلی کارت گرافیک‌های مجهز به رهگیری پرتو این شرکت در سال 2020 باشد.

همانطور که تاماسی می‌گوید رهیابی پرتو بلادرنگ وسیله‌ای جدید در جعبه ابزار دنیای گرافیک است و توسعه دهندگان هنوز به خوبی کار با آن را فرانگرفته‌اند اما در آینده کلاس جدیدی از تکنیک‌های پردازش گرافیکی را به دنیای گیم هدیه خواهند کرد.

Battlefield V Ray Tracing-bazi-psn.ir

Battlefield V یکی از بهترین نمونه‌های به‌کارگیری رهگیری پرتو

بسیاری از بازی‌های فعلی که از فناوری رهگیری پرتو پشتیبانی می‌کنند، ترکیبی از تکنیک‌های سنتی نورپردازی را که به شطرنجی‌سازی معروف هستند، رهگیری پرتو را نیز بر سطوح خاصی مانند گودال‌ها و فلزات صیقلی اعمال می‌کنند.

بازی Battlefield V از بهترین نمونه‌های این اقدام است. شما در این بازی می‌توانید بازتاب سربازان را در داخل آب‌ها و همچنین بازتاب زمین بر روی بالگردهای را مشاهده نمایید. همچنین می‌توانید انعکاس انفجارها را بر روی رنگ خودروها نیز مشاهده کنید.

در نهایت اینکه می‌توان انعکاس‌ها را در موتورهای بازی‌سازی سه‌بعدی امروزی به خوبی نشان داد، اما طبیعتا Battlefield V در هنگام اجرای رهگیری پرتو، جزئیات بالاتری خواهد داشت.

بازی Shadow of the Tomb Raider

همچنین می‌توان از رهگیری پرتو استفاده کرد و بدین ترتیب سایه‌ها را پویاتر و واقع‌گرایانه‌تر به نمایش گذاشت. یکی از موارد عالی کاربرد این مسئله، در بازی Shadow of the Tomb Raider است.نورپردازی Ray Tracing می‌تواند سایه‌هایی واقع‌گرایانه‌تر با لبه‌هایی نرم‌تر و جزئیاتی‌ بالاتر را در محیط‌های تاریک و روشن ایجاد کند. دستیابی به چنین کیفیتی بدون استفاده از رهگیری پرتو بسیار مشکل خواهد بود.

توسعه‌دهندگان تنها می‌توانند از طریق منابع نوری از پیش‌ تعیین شده‌ای که دقیق و کنترل شده باشند، به‌صورت جعلی به این مهم دست یابند. این روش نیازمند صرف وقت و تلاش بسیاری بوده و در نهایت نیز نتیجه آن چندان ایدئال نیست.

برخی از توسعه‌دهندگان به‌صورت کامل از رهگیری پرتو استفاده کرده و آن را در روشنایی سرتاسری (global illumination) بازی‌های خود به کار می‌گیرند. بدین شیوه تمامی صحنه از رهگیری پرتو برخوردار خواهد بود.

اما این روش بسیار هزینه‌بر بوده و جهت اجرای مناسب به بهترین کارت‌های گرافیک نیازمند است. بازی Metro Exodus از این تکنیک استفاده می‌کند، اما شیوه پیاده‌سازی آن، بی‌نقص نیست.به همین دلیل، Ray Tracing محدود به سایه‌ها و سطوح انعکاس دهنده، بیش‌ترین محبوبیت را دارد.

سایرین نیز از تکنیک‌های شرکت انویدیا همانند رفع نویز و یادگیری عمیق نمونه‌برداری فوق‌العاده (DLSS) استفاده کرده و سعی دارند تا تأخیرهای بصری ناشی از رندر کردن پرتوهای کمتر جهت ایجاد صحنه‌هایی واقعا رهگیری شده را بهبود بخشند.

این تکنیک‌‎ها هنوز هم در انحصار فیلم‌ها هستند. لازم به ذکر است که بگوییم سرورهای پرقدرت باید چندین روز را جهت رندر کردن یک فریم با چنین جلوه‌هایی صرف کنند.

چگونه در خانه از رهگیری پرتو بهره‌مند شویم؟

شما باید یکی از کارت‌ گرافیک‌های شرکت انویدیا را تهیه کنید، زیرا در حال حاضر فقط محصولات این شرکت می‌توانند بازی‌های مجهز به این فناوری را به‌درستی اجرا کنند.

کارت‌های هر دو سری GTX و RTX می‌توانند چنین کاری را برای شما انجام دهند، اما اگر قصد بازی در وضوح بالای 1080p و نرخ فریم 60 یا بالاتر را داشته باشید، قدرتمندترین کارت‌ها خریداری کنید. لازم نیست که حتما 2080Ti را تهیه کنید، اما در عوض باید RTX 2060 Super یا 2070 را به‌عنوان گزینه‌های پایه‌ای در نظر بگیرید.

چرا از رهگیری پرتو استفاده میشود؟

انیمیشن‌های ساخته شده به دست شرکت پیکسار سال‌ها است که از تکنولوژی Ray Tracing استفاده می‌کند، اما این موضوع نیز درست است که این انیمیشن‌ها قرار نیست بوسیله تماشاچیان کنترل و یا به‌نوعی بازی شوند.

همچنین شرکت‌های انیمیشن‌سازی با بودجه نامحدودی که در اختیار دارند می‌توانند به‌راحتی این‌گونه تکنولوژی‌ها را فراهم کنند، اما باید توجه داشته باشیم که صنعت بازی‌های ویدیویی و سخت افزار مخصوص بازی‌ها به‌صورت آهسته دارد به سطوح بالایی می‌رسد.

زمان زیادی نمانده است که کنسول‌ها این توانایی را داشته باشند تا انیمیشن‌هایی به پویایی شرکت‌های بزرگ تولید و با قابلیت بازی کردن فراهم آورند.

این موضوع را می‌توانیم از پیشرفت‌هایی که در چندین سال گذشته در زمینه جلوه‌های بصری در بازی‌ها رخ داده است در بیابیم. سایه‌های با جزییات بالا، نور محیطی بهتر و پویا و نورپردازی منطقی و صحیح دنیای بازی‌ها مثال‌های خوبی برای اثبات این زمینه است.

تکنولوژی رهگیری پرتو به بیان ساده

تکنولوژی رهگیری پرتو به بیان ساده، یک تکنیک منحصر به فرد در رندر جلوه‌های بصری محسوب می‌شود که در آن منابع روشنایی مانند خورشید و یا لامپ، پرتوهایی از خود متساعد می‌کنند که رفتار و عملکرد این پرتوهای دقیقا همان‌طوری است که در واقعیت صورت می‌گیرد و این متود برای فراهم ساختن سایه‌هایی واقعی‌تر، بازتاب نور و نورپردازی کلی طراحی شده است.

برای استفاده از تکنولوژی Ray Tracing سخت افزار دستگاه مورد نظر به ویژه بخش گرافیکی دستگاه باید قدرت بسیار زیاد و هسته‌های رندر اختصاصی داشته باشد.

دیدگاه‌ها (0)

*
*