زمان مطالعه7 دقیقه
می پسنـدم0
اندازه متن12
بازیهای ویدیویی در سالهای اخیر از نظر گرافیک پیشرفت چشمگیری داشتهاند. زمانی که کیفیت بافتها، تعداد Polygonها و رزولوشن تصویر معیار اصلی پیشرفت گرافیکی بودند، اما امروزه فناوریهایی مانند Ray Tracing و Path Tracing نقش بسیار مهمی در افزایش واقعگرایی بازیها دارند.
این فناوریها با شبیهسازی دقیقتر رفتار نور، انعکاس، سایه و روشنایی محیط، میتوانند ظاهر بازیها را به شکل قابلتوجهی تغییر دهند. با این حال، کیفیت بالاتر همیشه به معنی تجربه بهتر نیست؛ زیرا Ray Tracing و مخصوصاً Path Tracing به قدرت پردازشی بسیار زیادی نیاز دارند.
Ray Tracing یا رهگیری پرتو فناوریای است که مسیر حرکت پرتوهای نور را برای ایجاد نورپردازی واقعگرایانهتر شبیهسازی میکند.
در روشهای سنتی رندرینگ، بازی برای محاسبه نور و سایه از تکنیکهایی مانند Rasterization استفاده میکند. این روش بسیار سریع است، اما برای شبیهسازی دقیق رفتار نور به ترفندها و تکنیکهای مختلف نیاز دارد.
Ray Tracing تلاش میکند رفتار نور را به شکل فیزیکیتری محاسبه کند.
برای مثال، زمانی که نور یک چراغ به یک سطح برخورد میکند، Ray Tracing میتواند نحوه بازتاب آن نور و تأثیرش بر محیط اطراف را محاسبه کند.
Ray Tracing میتواند چندین بخش گرافیکی بازی را بهبود دهد:
یکی از واضحترین کاربردهای Ray Tracing، ایجاد انعکاسهای واقعگرایانه است.
در روشهای سنتی، انعکاس روی آب، شیشه یا سطوح فلزی معمولاً با تکنیکهای تقریبی ساخته میشود. Ray Tracing میتواند انعکاس اشیای موجود در محیط را با دقت بیشتری محاسبه کند.
Ray Tracing امکان ایجاد سایههای طبیعیتر را فراهم میکند.
با این فناوری، شکل و شدت سایه میتواند بر اساس موقعیت منبع نور، فاصله و شکل اجسام تغییر کند.
Ray Tracing میتواند نحوه انتشار و بازتاب نور در محیط را بهتر شبیهسازی کند.
برای مثال، نور یک چراغ در یک اتاق تاریک میتواند روی دیوارها و اشیای اطراف تأثیر طبیعیتری داشته باشد.
یکی دیگر از کاربردهای مهم Ray Tracing، محاسبه بهتر Global Illumination است.
نور فقط از منبع اصلی به یک جسم برخورد نمیکند؛ بلکه پس از برخورد میتواند روی سطوح دیگر نیز تأثیر بگذارد.
این موضوع باعث میشود محیطهای بازی طبیعیتر به نظر برسند.
Path Tracing را میتوان نسخه بسیار پیشرفتهتر و کاملتر Ray Tracing دانست.
در Ray Tracing معمولی، ممکن است فقط بخش خاصی از نورپردازی مانند سایه یا انعکاس با رهگیری پرتو محاسبه شود.
اما Path Tracing تلاش میکند بخش بسیار بزرگتری از فرآیند نورپردازی صحنه را با استفاده از مسیرهای نور شبیهسازی کند.
در این روش، مسیرهای مختلف نور از منابع نوری تا دوربین دنبال میشوند و برخوردهای متعدد نور با سطوح مختلف در نظر گرفته میشود.
نتیجه میتواند نورپردازی بسیار طبیعیتر و نزدیکتر به واقعیت باشد.
به زبان ساده:
Ray Tracing:
بخشی از نورپردازی با رهگیری پرتو محاسبه میشود.
Path Tracing:
تلاش میشود تقریباً کل نورپردازی صحنه با مسیرهای نور شبیهسازی شود.
به همین دلیل Path Tracing از نظر پردازشی بسیار سنگینتر است.
نور در دنیای واقعی رفتار بسیار پیچیدهای دارد.
یک پرتو نور میتواند پس از برخورد با یک سطح، بازتاب پیدا کند، روی سطح دیگری برخورد کند و دوباره تغییر مسیر دهد.
اگر بخواهیم تمام این مسیرها را در یک بازی ویدیویی محاسبه کنیم، تعداد محاسبات بسیار زیادی ایجاد میشود.
به همین دلیل، اجرای Path Tracing به قدرت پردازشی بسیار بالایی نیاز دارد.
GPUهای جدید NVIDIA، AMD و Intel برای چنین پردازشهایی از واحدهای اختصاصی یا بهینهسازیهای سختافزاری استفاده میکنند.
یکی از مهمترین دلایلی که Ray Tracing و Path Tracing در سالهای اخیر کاربردیتر شدهاند، پیشرفت فناوریهای AI Upscaling و Frame Generation است.
برای مثال، فناوریهایی مانند DLSS میتوانند تصویر را با وضوح پایینتر رندر کرده و سپس با کمک هوش مصنوعی آن را به تصویر با وضوح بالاتر تبدیل کنند.
این کار فشار واردشده به GPU را کاهش میدهد.
در نتیجه، کاربر میتواند Ray Tracing را فعال کند بدون اینکه افت FPS به اندازه حالت Native باشد.
Frame Generation نیز میتواند فریمهای جدیدی را با کمک هوش مصنوعی بین فریمهای واقعی ایجاد کند.
برای مثال، اگر GPU بتواند 60 فریم واقعی تولید کند، فناوری Frame Generation میتواند تعداد فریمهای نمایشدادهشده را افزایش دهد.
این موضوع بهخصوص برای بازیهایی که از Path Tracing استفاده میکنند اهمیت زیادی دارد، زیرا Path Tracing میتواند نرخ فریم خام را به شدت کاهش دهد.
البته FPS تولیدشده توسط Frame Generation با FPS واقعی GPU یکسان نیست و نباید صرفاً عدد نهایی FPS را معیار قدرت کارت گرافیک قرار داد.
Path Tracing دیگر صرفاً یک فناوری آزمایشگاهی نیست.
برخی بازیها و پروژههای گرافیکی مدرن از Path Tracing استفاده کردهاند تا کیفیت نورپردازی را به سطح بالاتری برسانند.
در چنین بازیهایی تفاوت میان حالت عادی و Path Tracing میتواند در مواردی مانند:
بسیار محسوس باشد.
با این حال، اجرای Path Tracing در بسیاری از این بازیها بدون استفاده از فناوریهای افزایش عملکرد میتواند بسیار سنگین باشد.
با وجود پیشرفت Ray Tracing و Path Tracing، بعید است Rasterization در آینده نزدیک کاملاً حذف شود.
Rasterization همچنان بسیار سریع و بهینه است و برای بسیاری از بازیها کیفیت بسیار خوبی ارائه میدهد.
از طرف دیگر، توسعهدهندگان میتوانند از ترکیب Rasterization و Ray Tracing استفاده کنند.
این روش باعث میشود بخشهای مهم نورپردازی با Ray Tracing محاسبه شوند و سایر بخشها با تکنیکهای سریعتر رندر شوند.
به همین دلیل، احتمالاً در سالهای آینده شاهد ترکیب این فناوریها خواهیم بود.
Ray Tracing باعث شده معماری GPUها نیز تغییر کند.
شرکتهایی مانند NVIDIA واحدهای اختصاصی برای پردازش Ray Tracing را در کارتهای گرافیک خود قرار دادهاند.
در کارتهای RTX، این واحدها با نام RT Core شناخته میشوند.
در کنار آنها، هستههای Tensor نیز میتوانند در پردازشهای هوش مصنوعی مانند DLSS نقش داشته باشند.
به همین دلیل، کارتهای گرافیک مدرن فقط برای افزایش قدرت Rasterization ساخته نمیشوند و توانایی پردازش Ray Tracing و AI نیز به یکی از معیارهای مهم عملکرد تبدیل شده است.
پاسخ به نوع بازی و سختافزار شما بستگی دارد.
در برخی بازیها، فعال کردن Ray Tracing تفاوت بسیار زیادی ایجاد میکند؛ مخصوصاً در بازیهایی که نورپردازی و انعکاس بخش مهمی از طراحی محیط هستند.
اما در بعضی بازیها تفاوت بصری کمتر است و ممکن است کاهش FPS ارزش آن را نداشته باشد.
بنابراین بهترین انتخاب این است که بازیکن بر اساس سختافزار، وضوح تصویر و نوع بازی تصمیم بگیرد.
Path Tracing احتمالاً در سالهای آینده اهمیت بیشتری پیدا خواهد کرد.
با افزایش قدرت GPUها، بهینهتر شدن موتورهای بازی و پیشرفت فناوریهای AI، اجرای این فناوری با نرخ فریم بالاتر امکانپذیر خواهد شد.
در آینده ممکن است Path Tracing از یک گزینه گرافیکی بسیار سنگین به یک ویژگی معمول در بازیهای AAA تبدیل شود.
البته رسیدن به این مرحله به افزایش قدرت پردازشی GPU و همچنین بهینهسازی نرمافزاری وابسته است.
هدف اصلی Ray Tracing و Path Tracing فقط افزایش جزئیات گرافیکی نیست.
هدف بزرگتر، ایجاد محیطهایی است که رفتار نور در آنها به دنیای واقعی نزدیکتر باشد.
در صورت پیشرفت سختافزار و نرمافزار، بازیهای آینده میتوانند نورپردازی بسیار طبیعیتری داشته باشند؛ بهطوری که تشخیص تفاوت میان نورپردازی مصنوعی و واقعی دشوارتر شود.
اما گرافیک بازی فقط به نور وابسته نیست. کیفیت مدلهای سهبعدی، بافتها، انیمیشنها، فیزیک، صدا و طراحی هنری نیز نقش مهمی در واقعگرایی دارند.
Ray Tracing و Path Tracing از مهمترین فناوریهای گرافیکی نسل جدید هستند.
Ray Tracing با شبیهسازی دقیقتر مسیر نور میتواند انعکاس، سایه و نورپردازی بازیها را بهبود دهد. Path Tracing یک قدم فراتر میرود و تلاش میکند بخش بسیار بیشتری از فرآیند نورپردازی را با شبیهسازی مسیرهای نور انجام دهد.
بزرگترین مشکل این فناوریها، هزینه پردازشی بالای آنهاست. به همین دلیل فناوریهایی مانند DLSS، FSR، XeSS و Frame Generation نقش مهمی در قابلاستفاده شدن آنها در بازیهای مدرن دارند.
در آینده احتمالاً شاهد ترکیب Rasterization، Ray Tracing، Path Tracing و هوش مصنوعی خواهیم بود. هدف نهایی نیز مشخص است: ساخت بازیهایی با نورپردازی و گرافیکی که بیش از همیشه به دنیای واقعی شباهت داشته باشند.
