تکنولوژی Ray Tracing و تغییرات گرافیکی در بازی‌ها

پس از معرفی معماری تورینگ در رویداد گیمزکام ۲۰۱۸ توسط کمپانی انویدیا، حدس و گمان‌های بسیاری درباره تکنولوژی Ray Tracing و تغییرات گرافیکی در بازی‌ها برای مخاطبان ایجاد شد. اما سوال اصلی این است که Ray Tracing چیست؟ و چه تغییری در دنیای بازی‌های کامپیوتری ایجاد کرده است؟ فناوری Ray Tracing را می‌توان به عنوان یکی از مهم‌ترین ارتقا گرافیکی در چندسال اخیر دانست.

این تکنولوژی دیدگاه کاربران به بازی‌های ویدیویی را تغییر داده است و دنیای گیمینگ را به دنیایی حقیقی تبدیل کرده است. ردیابی پرتو یا Ray Tracing، شیوه‌ای جدید برای نمایش واقعی نورها و سایه‌ها در یک صحنه رایانه‌ای است. در ادامه با ما همراه باشید تا تکنولوژی Ray Tracing به طور دقیق و با ذکر جزئیات برای شما شرح دهیم.همچنین بخش تکنولوژی را در ایران موجو دنبال کنید تا از تلاقی تکنولوژی و دنیای بازی نهایت لذت را ببرید.

تکنولوژی Ray Tracing

رهگیری بلادرنگ پرتو (Real-Time Ray Tracing) یا ری تریسینگ، از جدیدترین فناوری‌ها برای بهبود نورپردازی است. Ray Tracing یا به طور دقیق‌تر، رهگیری بلادرنگ پرتو (Real-Time Ray Tracing) شیوه‌ای جدید در زمینه گرافیک است که تا چندین سال گذشته قادر به پیاده‌سازی و استفاده در بازی‌های ویدیویی نبود.

این فناوری تا چند سال گذشته تنها در انحصار دنیای فیلم‌سازی هالیوود قرار داشت و طی سال‌های متمادی از آن در جهت ساخت تصاویر کامپیوتری در انیمیشن و افکت‌های بصری استفاده می‌شد. این قابلیت موجب محبوبیت بازی‌های موبایلی خواهد شد.

تکنولوژی Ray Tracing، در سال‌های پیش از این نیز در صنعت مدیا، سینما و انیمیشن‌سازی بسیار استفاده می‌شد. این فناوری با ردیابی اشعه، قادر است نورپردازی درون بازی را بسیار واقعی‌تر نمایش دهد. به این دلیل که این تکنولوژی کارت گرافیک را قادر می‌سازد تا مسیر پرتوهای مجازی نور را ردیابی کند. به این صورت با دقت بیشتری نحوه تعامل با اشیا موجود در محیط را مدل‌سازی کند. در نتیجه، تصاویری که با فناوری Tracing Ray تولید می‌شود، واقعی‌تر به‌نظر می‌رسند.

به بیان ساده‌تر، تکنولوژی Ray Tracing یا ردیابی پرتو، یک روش رندر گرفتن می‌باشد که قادر است جلوه‌های نورپردازی (سایه‌ها و نیم‌سایه‌ها) را به شیوه واقعی‌تر نمایش دهد.

از جمله ویژگی‌های تکنولوژی Ray Tracing می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
• پردازش سایه‌ها و بازتاب نور 

این تکنولوژی امکان ایجاد سایه‌ها و بازتاب‌ واقعی‌تر تصاویر را با شفافیت و پراکندگی ارتقاء یافته را فراهم می‌کند. به‌عبارتی تکنولوژی Ray Tracing ،ردیابی پرتو به عنوان یک الگوریتم محاسباتی، محل دقیق برخورد نور را در نظر می‌گیرد و تعامل و فعل و انفعالات متقابل را محاسبه و سپس بازتاب واقعی‌تر را نمایش می‌دهد.

• امکان تولید تصاویر CG بسیار واقعی

این تکنولوژی با قدرت محاسباتی بالای خود می‌تواند تصاویر CG واقعی ایجاد کند که با دنیای واقعی قابل تشخیص نیستند.

تکنولوژی Ray Tracing چگونه کار می کند

همان‌طور که در پیش از این گفته شد این تکنولوژی بر پایه شبیه‌سازی نور و تعاملات آن با اجسام می‌باشد. تکنولوژی Ray Tracing مسیر پرتوهای نور از یک منبع مجازی به یک لنز دوربین مجازی را شبیه‌سازی می‌کند. این امکان وجود دارد که پرتو نور مجازی از اتمسفرهای حجمی مثل مه یا دود عبور کند و یا با سطوحی مانند فلز، آب یا شیشه برخورد کند‌. تمام این اشیاء توسط مهندسان شبیه‌سازی می‌شود و رفتار آن‌ها در مقابل تابش نور محاسبه خواهد شد.

به این ترتیب پس از برخورد با هر یک از این اشیاء فرایندهای بازتاب، پرتوزایی یا سایه متناسب با همان شی تولید خواهد شد و در صحنه نشان داده می‌شود. همان‌طور که می‌دانید علت دیدن اشياء در دنیای واقعی، به دلیل برخورد نور به اشیای در مقابل چشم ما است. سطوح مختلف نوری که اشیا دریافت، بازتاب یا می‌شکنند، تعیین‌ می‌کند که آن شی چطور در چشم ما دیده شود. رهگیری پرتو نیز به همین صورت اما برعکس است و نامی که برای آن انتخاب شده، معنای دقیق آن را بیان می‌کند.

نام این متد، به روش ساخت تصویر کامپیوتری اشاره دارد که با «رهگیری» مسیر نور از یک چشم خیالی یا دوربین تا شی حاضر در تصویر عمل می‌کند. این تکنولوژی، به‌طور یقین از رهگیری تمام پرتوهایی که توسط منبع نور ساطع می‌شوند موثرتر می‌باشد. علت این موضوع این است که پردازش پرتوهایی که قرار نیست در میدان دید بیننده باشند، قدرت کامپیوتری را از بین می‌برد.

باتوجه به این‌که که رهگیری پرتو، مبتنی بر شبیه‌سازی حرکت نور در دنیای واقعی و رفتار آن هنگام تعامل با مواد فیزیکی می‌باشد و به‌نحوی از قوانین فیزیک تبعیت می‌کند، تصاویر کامپیوتری تولید شده از طریق Ray Tracing به معنای واقعی می‌توانند فوتو رئالیستیک باشند.

همین عامل موجب شده که این تکنیک به نُرمی در صنعت فیلم‌سازی تبدیل شده است.با این وجود یکی از نقاط ضعف این روش، این است که کامپیوترها را با چالش مواجه می‌کند و برای گرافیک‌ بازی‌های کامپیوتری که به صورت بلادرنگ رندر می‌شوند، کارآمدی ندارد.

این تکنولوژی جهت رندر صحنه‌ای از یک بازی ویدیویی جهان مجازی سه‌بعدی بازی‌ها را در مانیتوری که تصاویر را به صورت دوبعدی نمایش می‌دهد نقشه‌برداری می‌کند. جهت انجام این کار، کامپیوتر باید رنگ تمام پیکسل‌های موجود روی صفحه را مشخص کند.این عمل با تاباندن یک یا چند پرتو روی هر پیکسل شروع می‌شود. در ادامه به بررسی این عامل پرداخته می‌شود که آیا پرتوها موجب قطع پالیگانی می‌شوند یا خیر. در اثر برخورد یک پرتو با یک پالیگان، الگوریتم از اطلاعاتی مانند رنگ مثلث و فاصله‌اش از دوربین استفاده می‌کند تا بتواند رنگ نهایی پیکسل را تعیین کند.

تاثیر Ray Tracing بر اجرای بازی

همان‌طور که در بخش قبلی گفتیم در Tracing Ray، پس از پخش نور توسط منبع، نور بارها و بارها در سطح اجسام مختلف منعکس می شود تا موجب شبیه‌سازی دنیای بازی در سیستم شما شود. به همین دلیل است که این فرایند نیازمند بار پردازشی بسیار سنگینی است و عملی کردن آن در سیستم‌های خانگی تا چندین سال پیش غیر ممکن بود.

شرکت‌هایی مانند پیکسار با کمک ابر کامپیوترهای خود Tracing Ray را در انیمیشن ها اعمال می کردند و خروجی نهایی را با این شیوه ارائه می‌دادند. در نهایت پس از معرفی کارت گرافیک های RTX، این روش دچار تغییرات بسیاری شد تکنولوژی در بازی های کامپیوتری راه باز کرد.

Battlefield V و Metro Exodus، جزو اولین بازی‌هایی هستند که تکنولوژی رهگیری پرتو را اجرا کردند. در حال حاضر تقریبا تمام بازی های AAA با این تکنولوژی اجرا و ارائه می شوند. برای پردازش این فناوری، کارت های گرافیک RTX باید از یک سری ریز پردازنده اختصاصی به نام هسته های RT یا RT Core استفاده کنند. وظیفه این ریز پردازنده‌ها، رندر گرفتن Tracing Ray در بازی است.

لازم است بدانید این فناوری توسط کمپانی انویدیا ارائه نمی شود و کمپانی AMD نیز تنها در کارت گرافیک‌های پرچمدار خود این تکنولوژی را ارائه می دهد. شرکت AMD با استفاده از AMD Ray Accelerators در پردازنده های گرافیکی رهگیری پرتو را ارائه می دهد.

با وجود پیشرفت این تکنولوژی در صنایع مختلف، تنها ۵ بازی از تکنولوژی Ray Tracing شرکت انویدیا استفاده کرده‌اند. باتوجه به این‌که تکنولوژی Ray Tracing به تازگی برای کارت گرافیک‌های RTX 4000 انویدیا معرفی شده انتظار می‌رود در سال‌های آتی شاهد ارائه بازی‌های بیشتری با این فناوری باشیم. در ادامه بازی‌هایی که با این فناوری ارائه شده‌اند را برای شما بیان می‌کنیم. همچنین برای مشاهده ۳ بازی برتر و محبوب موبایل می ‌توانید وارد سایت ایران موجو شوید.

• بازی Shadow of the Tomb Raider، سایه‌ها را ردیابی می‌کند.

• بازی Battlefield V، بازتاب‌ها را ردیابی می‌کند.

• بازی Metro Exodus، روشنایی محیط بازی را ردیابی می‌کند.

• بازی Stay in the Light، بازتاب‌ها و روشنایی محیط بازی را ردیابی می‌کند.

• بازی Quake II RTX، روشنایی محیط بازی را ردیابی می‌کند.

در زیر فهرستی از بازی‌هایی را برای شما بیان کرده‌ایم که اعلام شده در آینده با فناوری Ray Tracing عرضه می‌شوند.

• بازی Cyberpunk 2077

• بازی Call of Duty: Modern Warfare

• بازی Control

• بازی Enlisted

• بازی Justice Online

• بازی MechWarrior V

• بازی Wolfenstein Youngblood

• بازی Vampire: The Masquerade – Bloodlines 2

• بازی Watch Dogs: Legion

• بازی Minecraft

• بازی Synched: Off Planet

مجموعه RTX انویدیا (Nvidia) برای اولین بار در سال ۲۰۱۸ با بهره‌گیری از معماری تورینگ (Turing)، معرفی شد. این مجموعه جزو کارت‌های بالا رده (High-end) انویدیا به‌شمار می‌روند. کارت‌ گرافیک‌های این سری شامل تکنولوژی جدیدتری در از نظر بصری و محاسباتی هستند که دارای قیمت بالاتری نسبت به کارت‌ گرافیک‌های معمولی هستند.

در ماه آوریل سال ۲۰۱۸ نیز انویدیا از انتشار درایور جدیدی خبر داد که پشتیبانی با پرفورمنس ضعیف‌تر از رهگیری پرتو را به برخی کارت‌های سری GTX ارائه می‌داد. در مقابل سری کارت‌های گرافیک کمپانی AMD تا مدت‌ها از قابلیت رهگیری پرتو پشتیبانی نمی‌کردند. پس از آن در سال ۲۰۲۰، این کمپانی با معرفی سری Radeon Rays این قابلیت را به مجموعه کارت‌‌های بالارده‌ی خود افزود. از سال 2019 تاکنون، تنها کارت گرافیک‌های انویدیا از فناوری Ray Tracing پشتیبانی می‌کنند.

کارت گرافیک مورد نیاز تکنولوژی Ray Tracingکارت گرافیک مورد نیاز تکنولوژی Ray Tracing

در زیر تعدادی از کارت گرافیک‌های پشتیبانی کننده از Ray Tracing را به شما معرفی خواهیم کرد؛
• Nvidia GeForce RTX 2060 | 30 RT cores | 6GB GDDR6
• Nvidia GeForce RTX 2060 Super | 34 RT cores | 8GB GDDR6
• Nvidia GeForce RTX 2070 | 36 RT cores | 8 GB GDDR6
• Nvidia GeForce RTX 2070 Super | 40 RT cores | 8GB GDDR6
• Nvidia GeForce RTX 2080 | 46 RT cores | 8GB GDDR6
• Nvidia GeForce RTX 2080 Super | 48 RT cores | 8GB GDDR6
• Nvidia GeForce RTX 2080 Ti | 68 RT cores | 11GB GDDR6
• Nvidia Titan RTX | 72 RT cores | 24GB GDDR6
• همه کارت‌های گرافیک نسل 3000
• همه کارت‌های گرافیک نسل 4000

همچنین برای کسب اطلاعات بیشتر برای استفاده از تغییرات گرافیکی بازی ها میتوانید مقاله بهترین مادربرد برای کارهای گرافیکی را در ایموجو بخوانید.

در مقاله تکنولوژی Ray Tracing و تغییرات گرافیکی در بازی‌ها، به سوالات اصلی درباره این تکنولوژی پاسخ دادیم. همان‌طور که گفتیم این تکنولوژی در سال‌های اخیر برای کامپیوتر و کنسول‌های بازی معرفی شده، روی بازتاب و رفتار نور در محیط بازی تمرکز دارد. با فعال کردن ویژگی ری تریسینگ، دنیای بازی بسیار شبیه به دنیای واقعی خواهد شد. در حال حاضر در برخی از بازی‌ها این فناوری ارائه شده است، با این وجود سال طول می‌کشد تا تمام بازی‌های ویدیویی به این تکنولوژی مجهز شوند.

سوالات متداول

منظور از ری تریسینگ (Ray Tracing) چیست؟
رهگیری پرتو یا به شکل دقیق‌تر، رهگیری بلادرنگ پرتو (Real Time Ray Tracing)، روشی جدید در زمینه گرافیک است که از ردیابی اشعه در زمان واقعی، می‌تواند نورپردازی درون بازی را بسیار حقیقی‌تر جلوه دهد.

کارت گرافیک‌های AMD از ری تریسینگ استفاده می‌کنند؟
بله، سری کارت‌های جدید این کمپانی از ویژگی ری تریسینگ پشتیبانی می‌کنند.

آیا ری تریسینگ در تمام بازی ها قابل استفاده است؟
خیر، اجرای یک بازی در حالت Ray Tracing، نیازمند وجود سخت افزار قدرتمند است که از فناوری ری تریسینگ پشتیبانی کند، بسیاری از بازی های نسل ۹ از این قابلیت پشتیبانی می کنند.