ردیابی اشعه چیست و چطور کار می کند؟ 5 نکته و آینده

فناوری ردیابی اشعه اسمی است که آن را در بررسی تمام کارت گرافیک‌های مدرن می‌خوانید. آخرین نسل از پلی استیشن و ایکس باکس مایکروسافت این ویژگی را به همراه دارند.

یک تکنیک جدید که تصویر بازی را هرچه بهتر از گذشته نمایش می‌دهد. در گذشته فناوری ردیابی اشعه نیاز به پردازش طولانی مدت داشت.

به عبارتی تصویر آماده و برای پردازش ارسال می‌شد تا آن را در صحنه‌های سینمایی ببینیم. قدرت بی نهایت کارت گرافیک‌های جدید پردازش لازم را در لحظه انجام می‌دهند.

از طرفی ماجرا به کارت گرافیک و سخت افزار تمام نمی‌شود. بازی‌ها باید از آن پشتیبانی کنند. در ادامه اگر روکیدا را همراهی کنید، از الف تا ی ماجرا را خواهید شناخت.

1. پایه و اساس ردیابی اشعه

دنبال کردن اشعه یک تکنیک برای کنترل نور در صفحه است. یک مفهوم جدید نیست. همانطور که گفتیم سخت افزار مدرن آن را به میز رایانه شما رسانده.

یک پرتوی نور را تصور کنید که به سمت یک جسم حرکت می‌کند. پرتو به جسم برخورد کرده و از جسم باز می‌گردد.

حالا با توجه به نوع و حالت آن جسم بازتاب نور تفاوت دارد. یک اتاق تاریک را تصور کنید. با یک چراغ قوه به اجسام نور بتابید. نور چطور باز می‌گردد؟ آیا تمام پرتوهای نور باز می‌گردند؟

جلوی بسیاری از پرتوها توسط اجسام مختلف گرفته می‌شود. پشت جسمی که نور را عبور نمی‌دهد، چه چیزی تشکیل می‌شود؟ آفرین، سایه!

برای درک بهتر طرز کار می‌توانید به عملکرد رادار فکر کنید. این فناوری سعی می‌کند تا واکنش نور در دنیای واقعی را شبیه سازی کند.

نوری که به چشم شما می‌رسد، به مغز شما می‌گوید که به چه موردی نگاه می‌کنید. استودیو پیکسار را می‌شناسید؟ همان شرکتی که خاطرات کودکی ما را پیکسل به پیکسل ساخت.

مهندسان این شرکت در سال 1995 از ردیابی اشعه در انیمیشن داستان اسباب بازی استفاده کردند. از همان سال بود که گام‌های بلندی در زمینه رندر کردن فیلم برداشته شد.

به نکات جالبی می‌رسیم. صنعت فیلم و سینما از ردیابی اشعه استفاده می‌کنند. در همین حال بازی‌های ویدئویی برای ساختن تصویر سه بعدی به فناوری پیکسل سازی یا شطرنجی سازی (rasterization) وابسته هستند.

در ادامه ردیابی اشعه را با پیکسل سازی مقایسه می‌کنیم.

2. ردیابی اشعه در برابر پیکسل سازی

پیکسل سازی بر اساس اجسام کار می‌کند. در مرحله اول هر جسم با رنگ‌ها رنگ آمیزی می‌شود. سپس روند منطقی پیکسل‌هایی را نشان می‌دهد که به چشم شما نزدیک‌تر هستند.

در مقابل ردیابی اشعه ابتدا پیکسل‌ها را رنگ آمیزی می‌کند و سپس اجسام را می‌سازد. اگر کمی تخصصی به شما بگوییم: روند پیکسل سازی اطلاعات بُرداری را به تصویر تبدیل می‌کند.

اطلاعات برداری مجموعه‌ای از مشخصات هندسی است. مانند: نقطه‌ها، خط‌ها، منحنی‌ها و چند ضلعی‌ها. درگیر اسم و رسم سخت آن نشوید. پیکسل سازی آسان‌ترین راه برای ساخت تصاویر به حساب می‌آید.

روند کار در هر بازی تفاوت دارد. برخی بازی‌ها بسیار بهینه عمل می‌کنند و برخی دیگر برای دنبال کردن پرتوها باید یک کوه را جا به جا کنند.

نور چطور به یک جسم برخورد و باز می‌گردد؟ این روند در مورد هر جسم قالب مشخصی دارد اما توجه کنید که صحنه به صحنه متفاوت است.

خورشید، ماه یا منبع نور در کجای جسم قرار دارد؟ قطعا موقعیت آن تاثیر مستقیمی روی بازتاب نور دارد. به هرحال این گروه از کارها به تلاش توسعه دهنده و سازنده بازی ارتباط دارد.

به طور معمول ردیابی اشعه به نسبت پیکسل سازی بیش‌تر مورد استفاده قرار می‌گیرد. چرا که کار بر اساس پرتوهای نور انجام می‌شود.

روند رسیدن به نتیجه تصویر بر اساس پرتوها انجام می‌شود. برای مثال: سایه‌ها و بازتاب نور ملایم‌تر نیاز به پرتوهای بیش‌تری دارد.

بعد از این مقایسه متوجه شدیم که هر دو روند می‌توانند به یک نتیجه برسند. سوال مهم اینجاست: چرا به جای پیکسل سازی از ردیابی اشعه کمک می‌گیریم؟

3. جریان اصلی بازی‌ها: با ردیابی اشعه آشنا شوید!

چندین سال پیش بود که پیکسل سازی پا به عرصه بازی گذاشت. سازندگان بازی آن را قبول کردند و از روند پیکسل سازی برای ساخت بازی‌ها کمک گرفتند.

پیکسل سازی نیازی به سخت افزار قدرتمند ندارد. کارت گرافیک، پردازنده و دیگر قطعات رایانه برای اجرای پیکسل سازی مقرون به صرفه بودند.

بعد از گذشت سال‌ها، هم‌چنان سخت افزار مورد نیاز برای ردیابی اشعه قیمت بالایی دارد. ورود ردیابی اشعه در لحظه به دنیای بازی‌ها از سال 2018 آغاز شد.

زمانی که انویدیا خانواده جی‌فورس RTX را به بازار عرضه کرد. کارت گرافیک شاخص در آن خانواده برای لذت بردن از ردیابی اشعه RTX 2080 بود.

نسل دوم جی‌فورس RTX سال 2020 معرفی شد. عضو شاخص این خانواده برای بازی با کیفیت 4K و فعال سازی ردیابی اشعه RTX 3080 نام دارد.

خانواده انویدیا جی‌فورس RTX 3000 درست رو به روی رادئون RX 6000 قرار می‌گیرند. زمان زیادی طول کشید تا ردیابی اشعه به دنیای بازی‌ها برسد.

هزینه استفاده از ردیابی اشعه تا قبل از خانواده RTX 2000 سر به آسمان می‌کشید. شاید امروز هم قیمت آن گران باشد اما دیگر غیر ممکن نیست.

متاسفانه انویدیا یا AMD ردیابی اشعه را به کارت گرافیک‌های ارزان نرساندند. در حال حاضر گزینه ابتدایی برای ورود به این دنیا جی‌فورس RTX 2060 است.

برای خرید آن باید 349 دلار پرداخت کنید. متاسفانه به دلیل تقاضای بسیار بالا و عرضه کم تهیه کارت گرافیک با قیمت مناسب دشوار است.

به هرحال قیمت‌ها به ثبات نسبی رسیده، تمام صحنه برای ورود ردیابی اشعه به انتظار نشسته‌اند. کار از جایی جدی شد که کنسول‌های نسل جدید بازی را ادامه دادند.

4. بهبود کیفیت تصویر به کمک ردیابی اشعه

یک نکته بسیار مهم وجود دارد که باید بدانید: ردیابی اشعه حتی با گران‌ترین کارت گرافیک انویدیا یعنی RTX 3090 در مراحل ابتدایی خود قرار دارد.

اجرای کامل ردیابی اشعه بسیار فراتر از توانایی‌های سخت افزار امروز به حساب می‌آید. بازی‌هایی که از ردیابی اشعه پشتیبانی می‌کنند، این ویژگی را تنها برای موارد خاص به کار می‌گیرند.

در مورد دیگر موارد کم اهمیت، هم‌چنان از پیکسل سازی استفاده می‌شود. در ادامه تصویر بازی در حالت فعال و غیر فعال ردیابی اشعه را مشاهده می‌کنید.

یک بار به تفاوت شخصیت اصلی بازی و بار دیگر به تفاوت دنیای بازی نگاه کنید. به جز شخصیت بازی، موارد دیگر تغییر قابل توجهی ندارند. چرا که فعال شدن ردیابی اشعه برای تمام اجزای تصویر، تا امروز غیر ممکن است.

در ادامه کمی با اصطلاحات این دنیا آشنا می‌شویم. کارت‌ گرافیک‌های خانواده RTX از یک روند اختصاصی برای رندر گرافیکی با نام RTX استفاده می‌کنند.

این روند می‌تواند از دایرکت X 12 یا DXR (API دایرکت X برای ردیابی اشعه) کمک بگیرد. DXR یک ابزار برای ردیابی اشعه است که می‌تواند جدا از سخت افزار انویدیا عمل کند.

بازی کرایسیس را می‌شناسید؟ توسعه دهندگان این بازی را بر مبنای موتور کرای‌تک ساخته‌اند. آن‌ها یک روند را به نمایش گذاشتند که ردیابی اشعه با کارت گرافیک رادئون RX 5000 اجرا می‌شود.

معجزه کار کجاست؟ این پردازنده هسته‌ RT را به همراه ندارد. عملیات به کندی انجام می‌شود اما انجام می‌شود. همین روند در کارت گرافیک‌های خانواده رادئون RX 6000 سرعت بالاتری دارد.

این سرعت بالاتر به لطف هسته‌های RT ممکن می‌شود. هسته‌های RT چیست؟ این هسته‌ها برای انجام عملیات ریاضی ردیابی اشعه توسعه داده شده است.

انویدیا و AMD از روند ساخت خود برای تولید هسته‌های RT استفاده می‌کنند. در نتیجه هسته RT سرعت DXR را افزایش می‌دهد اما DXR نیازی به هسته‌های RT ندارد.

در ادامه به دو عکس از بازی “اِسکوئِر انیکس شَدو آف تامپ رایدر” نگاه کنید:

دو عکس دیگر از صحنه‌ای متفاوت:

سایه‌ها، زمانی که ردیابی اشعه را روشن می‌کنید، وضعیت بهتری دارند. نرم و واقع گرایانه به نظر می‌رسند. روشنایی یا تاریکی تصویر به اجسام ارتباط دارد.

هم‌چنان سایه‌های روند پیکسل سازی قابل تشخیص است. به لطف پیشرفت فناوری، این روند نیز پیشرفت را نشان می‌دهد اما تفاوت کم نیست.

زمانی که بازی را به کمک ردیابی اشعه اجرا کنید، بازگشت به دوران پیکسل سازی کمی دشوار به نظر می‌رسد. در حال حاضر پشتیبانی از ردیابی اشعه ماجرای پیچیده‌ای دارد.

یک بازی باید شرایط پشتیبانی از روند انویدیا و AMD را به شکل جداگانه ایجاد کند. بیش‌تر بازی‌ها از انویدیا پشتیبانی می‌کنند.

چرا که این شرکت تا سال 2020 تنها شرکتی بود که از ردیابی اشعه پشتیبانی می‌کرد. بازی‌هایی مانند: دِرت 5، سایبرپانک 2077، گادفال، ورد آف وارکرفت: شَدولَندز از روند هر دو شرکت پشتیبانی می‌کنند.

5. تاثیر ردیابی اشعه در عملکرد

باید بدانید که اضافه شدن هر ویژگی گرافیکی، از عملکرد بازی کم می‌کند. ردیابی اشعه جدا از این قانون نیست. فعال کردن آن تعداد فریم در ثانیه را کم می‌کند.

برای مثال تاثیر بازی اشعه‌ها را در بازی “شدو آف تامب رایدر” بررسی می‌کنیم. ما این بازی را در رایانه‌ای با پردازنده AMD رایزن 9 مدل 5900X و کارت گرافیک جی‌فورس RTX 3080 اجرا کردیم.

حافظه رم رایانه ما 32 گیگابایت بود. باید بدانید که حداقل تعداد فریم مورد نیاز برای اجرای روان بازی 60 فریم در ثانیه است.

در حالت ردیابی اشعه خاموش، تعداد فریم به 151 می‌رسد. زمانی که ردیابی اشعه را روشن کنید، به 111 فریم محدود می‌شود.

این اعداد به لطف فناوری DLSS انویدیا ممکن شده، قطعا با خاموش کردن آن تعداد کاهش پیدا می‌کند.

DLSS یک فناوری خاص از شرکت انویدیا به حساب می‌آید. این فناوری در تمام بازی‌ها پشتیبانی نمی‌شود. به طور مشخص، سازنده بازی باید موارد مربوط به DLSS را در قلب بازی فعال کند.

این فناوری تعداد فریم بیش‌تر را با همان تجهیزات ممکن می‌کند. حرف‌های زیادی در مورد آن شنیده می‌شود. طرفداران بازی به استفاده از آن اصرار می‌کنند. با این حال هم‌چنان یک استاندارد نیست.

تاثیری که از ردیابی اشعه روی عملکرد بازی می‌بینیم. تنها تاثیر بازی‌ سایه‌ها و نور است. در نتیجه باز هم تکرار می‌کنیم که ردیابی اشعه در بازی‌ها با مواردی که در انیمیشن‌ها می‌بینید، تفاوت دارد.

البته که با گذر زمان، فناوری‌های جدید بهینه می‌شوند. توسعه دهندگان یاد می‌گیرند که چطور با استفاده از منابع کم‌تر، نتیجه بهتری را به نمایش بگذارند.

برای مقایسه می‌توانید به پیشرفت فناوری پیکسل سازی نگاه کنید. انویدیا با مهندسان خلاق و بازار گسترده همیشه جلوتر حرکت می‌کند.

AMD در حال توسعه رقیب خود برای مبارزه با DLSS است. فناوری AMD “سوپر رزولوشن” نام دارد. تیم قرمز فناوری خود را به همراه دایرکت ML مایکروسافت توسعه می‌دهد.

ML در جمله بالا خلاصه ماشین لِرنینگ یا یادگیری ماشین است. بر اساس گفته‌های تیم قرمز، سوپر رزولوشن راه زیادی تا بازار دارد. به احتمال زیاد آن را تا سال 2022 در هیچ کدام از بازی‌ها نمی‌بینیم.

آینده ردیابی اشعه

شاید امروز در بازی‌های محدود آن را ببینیم اما این فناوری برای ماندن به بازار آمده است. از زمانی که AMD مسیر انویدیا را ادامه داد، پایه‌های فناوری ردیابی اشعه تا عمق زمین فرو رفت.

پشتیبانی از این فناوری در ایکس باکس سری ایکس و پلی استیشن پنج سازندگان بازی را مجبور به استفاده از آن می‌کند.

کاربران از سازندگان انتظار دارند که از تمام توانایی سخت افزار استفاده شود. در طرف دیگر، اگر یک کارت گرافیک پرچمدار یا میان رده تهیه کنید، بازی اشعه‌ها همراه با گرافیک جدید به خانه شما می‌آید.

آیا کاربران گرافیک‌های قدیمی مجبور به ارتقا می‌شوند؟ یا فناوری جدید کارت گرافیک‌های مدرن بی استفاده می‌ماند؟

به طور خلاصه اجباری برای سرمایه گذاری در کارت گرافیک‌های جدید وجود ندارد. اگر تفاوت ردیابی اشعه آنقدر برای شما مهم است که چند صد دلار هزینه کنید، آن را پیشنهاد می‌کنیم.

پشتیبانی از این فناوری هیچ ویژگی جدیدی به بازی اضافه نمی‌کند. از طرفی کارت گرافیک‌های جدید، توانایی پردازش بسیاری بالایی را برای شما ممکن می‌کنند.

افزایش فریم و سرعت بازی ارتباطی با فناوری دنبال کردن پرتوها ندارد. متاسفانه برای داشتن یکی از کارت گرافیک‌های مناسب، جدا از پول به کمی تلاش نیاز دارید.

تقاضای زیاد بازار، آن‌ کارت گرافیک‌ها را به مواردی دست نیافتنی تبدیل کرده است. به هرحال تا سیراب شدن بازار تشنه، مسیر زیادی داریم. به هر صورت زمانی که از کارت گرافیک پرچمدار انویدیا استفاده کنید، بازی لذت بی نهایت است.

شما در مورد آخرین فناوری دنیای بازی و استفاده از آن چطور فکر می‌کنید؟ آیا این فناوری ارزش کاهش فریم‌ها را دارد؟

منبع: pcmag.com