ری تریسینگ (Ray Tracing) چیست؟ تحول صنعت گیم!

 

ری تریسینگ (Ray Tracing) به طور خلاصه تکنولوژی دنبال کردن ذره‌های نور یا همان فوتون‌های مصنوعی از یک منبع مصنوعی نور به چشم بازیکن یا دوربین فیلمبرداری است که هدفِ آن تولید صحنه‌های فوق‌العاده طبیعی از نظر نور پردازی و توزیع نور و سایه است، این تکنولوژی سال‌های سال در صنعت فیلم و انیمیشن کاربرد داشته ولی به تازگی وارد صنعت بازی (گیم) شده چراکه ورود این تکنولوژی به دنیای گیم با چالش‌های فنی فراوانی همراه بوده است.

چرا ری ترسینگ بهتر است؟

تا قبل از ورود ری ترسینگ برای تولید یک نمای سه بعدی با نور نسبتا طبیعی همه‌ی اشیا به اشکال دو بعدی تبدیل می‌شدند و هنگام اجرای بازی برای هر پیکسل از صفحه 30 تا 60 بار محاسبات نور توسط Shader (یکی از المان‌های تولید فضای سه بعدی که وظیفه تولید سایه، رنگ و بافت اشیا را دارد) انجام می‌شد تا حس یک فضای سه بعدی را به مخاطب القا کند به زبان ساده Shader فقط می‌تواند تخمین بزند که سایه و روشن شدن ظاهر اشیا با توجه به زاویه و فاصله منبع نور باید چگونه باشد و از آن‌جا که کلمه “تخمین” برای توضیح روش کار Shader به کار برده می‌شود کاملا واضح است که چرا استفاده از این روش محدودیت‌هایی را به همراه دارد و هیچگاه شما را به واقعیت نورپردازی یک فضای سه بعدی نمی‌رساند.

این روش برای مدت طولانی در صنعت گیم کاربرد داشته و در واقع در حال حاضر هم همه‌ی بازی‌های دنیا حتی بازی‌های فوق‌العاده با کیفیت از این روش استفاده می‌کنند و تعداد کمی هم که از تکنولوژی ری ترسینگ بهره می‌برند این مورد را به عنوان یک آپشن اضافه به بازی خود افزوده‌اند تا کاربرانی هم که به کارت گرافیکی با پشتیبانی ری تریسینگ دسترسی ندارند بتوانند به بازی دسترسی داشته باشند.

اما ری تریسینگ بجای تخمین زدن سایه و روشن شدن اشیا فرض می‌کند تعداد بسیار زیادی ذره نور از یک منبع مصنوعی نور که درون فضای سه بعدی قرار دارد شلیک شده است سپس دقیقا محاسبه می‌کند که این ذرات به چه سطوحی برخورد می‌کنند و بر همین اساس یک تصویر نسبتا واقعی بسته به تعداد ذراتی که از منبع نور شلیک شده است به مخاطب می‌دهد مشخص است که این کار با محسبات سنگینی همراه خواهد بود که با افزایش تعداد ذرات مصنوعی نور سنگین‌تر  هم می‌شود اما در عین حال اضافه شدن تعداد این ذرات مصنوعی فضا را طبیعی‌تر می‌کند.

درواقع شما مدت‌ها است که از تکنولوژی ری تریسینگ لذت می‌برید، هر فیلم یا انیمیشن با کیفیتی که در سال‌های اخیر تماشا کرده‌اید و جلوه‌های ویژه فوق‌العاده طبیعی در آن دیده‌اید از این تکنولوژی برای طبیعی کردن فضا استفاده کرده است، یکی از نکات جالبی که حتما شما هم با آن برخورد داشته‌اید کیفیت بسیار بالای دمو یا تریلر بازی‌ها در مقابل محصول نهایی است، یکی از دلایل اصلی این تفاوت کیفیت به کار بردن تکنولوژی ری تریسینگ در تولید دموها و تریلرها و ناتوانی از به کاربرد آن در نسخه نهایی بازی است.

چرا به کار بردن «ری تریسینگ» در بازی‌ها پیچیده‌تر است؟

اما چرا با وجود اینکه تکنلوژی ری تریسینگ سال‌هاست در صنعت سینما ورود کرده نتوانسته راه خود را به صنعت گیم باز کند؟ اول اینکه باید بدانیم قاعدتا شرکت‌ها و استودیو‌های فیلم سازی دسترسی فوق‌العاده بالاتری به تکنولوژی‌های روز و سرورهای قدرتمند دارند و همچنین با یک بار خروجی گرفتن از فیلم یا انیمیشن می‌توانند آن را منتشر کنند و شما برای تماشای آن نیازی به انجام محاسبات دوباره ندارید و می‌توانید به راحتی خروجی نهایی را بارها و بارها تماشا کنید بنابر این استودیوها می‌توانند هزینه زیادی برای استفاده از این تکنولوژی انجام دهند و به سادگی هزینه انجام شده را از طریق فروش محصول خود برگردانند، اما درمورد بازی اینطور نیست شما نمی‌توانید از یک بازی خروجی بگیرید و به همه‌ی مخاطبان بدهید از آن‌جا که تجربه بازی برای هر فرد متفاوت است هر فرد باید به طور جداگانه محاسبات را انجام دهد و مشخص است که همه‌ی مخاطبان به قدرت پردازشی بالا دسترسی ندارند.

و نکته بعدی اینکه در واقع تکنولوژی جدیدی که وارد صنعت گیم شده همان تکنلوژی ری ترسینگ سینما نیست! نام کامل این تکنولوژی Real Time Ray Tracing است که مهمتری چالش استفاده از این تکنولوژی در صنعت گیم را پشت سر گذاشته نکته اصلی اینجاست که شما برای بازی کردن و انجام محاسبات مربوط به نور، زمان زیادی ندارید هر فریم از بازیِ شما باید در کسری از ثانیه محاسبه شود این درحالی است که بهترین فیلم‌ها و انیمیشن‌های دنیا با دسترسی به پر قدرت‌ترین سرورهای دنیا برای محاسبه هر فریم گاهی بیشتر از یک روز زمان صرف می‌کنند و ماه‌ها طول می‌کشد تا خروجی نهایی یک انیمیشن یا یک فیلم با جلو‌ه‌های ویژه آماده شود، می‌توانید تصور کنید که برای استفاده از همین تکنولوژی روی سیستم‌های خانگی بسیار ضعیف‌تر و زمان خیلی کمتر چه چالش بزرگی برای ورود به صنعت گیم وجود داشته است.

چطور NVIDIA موفق شد Real Time Ray Tracing را محقق کند؟

واقعیت این است که نسخه‌ی Ray Tracing شرکت NVIDIA که برای کاربران معمولی روی گرافیک‌های جدید قرار گرفته به اندازه مدل‌های صنعتی که برای شرکت‌های بزرگ استفاده می‌شود طبیعی نیست و همانطور که بالا اشاره شد می‌توان با افزایش تعداد ذرات مصنوعی نور صحنه را طبیعی‌تر کرد و با کم کردن تعداد آن‌ها کیفیت نهایی کاهش پیدا می‌کند ولی محاسبات مورد نیاز هم کم می‌شود یکی از نکات درمورد Ray Tracing برای کاربران معمولی همین است که تعداد ذرات مصنوعی نور بسیار کمتر از مدل صنعتی است ولی با این وجود افزایش کیفیت نسبت به روش قدیمی چشمگیر است، خیلی کم پیش می‌آید که با ورود یک تکنولوژی جدید به دنیای گرافیک بتوانید با چشم غیر مسلح به سادگی تغییر محسوسی در کیفیت حس کنید اما درمورد ری تریسینگ همانطور که در ادامه می‌بینید تغییرات کیفیت کاملا محسوس و چشمگیر است.

نکته دیگری که به NVIDIA برای کاهش بیشتر محاسبات در لحظه کمک کرد محاسبه اجزای قابل رویت در صفحه بود به این صورت که بجای محاسبه شبیه به دنیای واقعی که نور از منبع نور به اجزای مختلف برخورد می‌کند و در نهایت به چشم ما می‌رسد تا تصویر را درک کنیم، NVIDIA محاسبات برعکس انجام می‌دهد یعنی فرض می‌کند که نور از چشم یا دوربین مجازی درون موتور بازی‌سازی خارج می‌شود و سپس بعد از برخورد به سطح مسیر نور را تا منبع نور دنبال می‌کند و اگر جسم نیمِ شفافی هم در این میان باشد با تغییر رنگ و روشنایی سعی می‌کند تا تصویر را واقعی‌تر کند و البته تعداد بازتاب‌ها هم نسبت به مدل صنعتی کم می‌شود به عنوان مثال فقط نورهایی که با دو بازتاب به منبع نور می‌رسند نمایش داده می‌شوند برخلاف دنیای واقعی که تقریبا تعداد نامحدودی بازتاب وجود دارد به این ترتیب حجم محاسبات مورد نیاز به شدت کاهش می‌یابد و فقط محاسباتی انجام می‌شود که به طور مستقیم روی دید بازیکن از دنیای بازی تاثیر گذار است.

چه زمانی می‌توانیم ری تریسینگ را تجربه کنیم؟

این تکنولوژی سال 2018 به شکل جدی از سوی NVIDIA پیگیری شد ولی علاوه بر کاربران که نیاز است یکی از مدل‌های کارت‌های گرافیک جدید که از Ray Tracing پشتیبانی می‌کنند را تهیه کنند استودیوهای بازی‌سازی هم باید شروع به تولید بازی‌هایی کنند که از چنین قابلیتی پشتیبانی می‌کنند برخی از کارت‌های گرافیکی که از این قابلیت پشتیبانی می‌کنند عبارتند از:

• GeForce GTX 1660 Ti
• GeForce GTX 1660
• Nvidia Titan Xp (2017)
• Nvidia Titan X (2016)
• GeForce GTX 1080 Ti
• GeForce GTX 1080
• GeForce GTX 1070 Ti
• GeForce GTX 1070
• GeForce GTX 1060 6GB

در حال حاضر این تکنولوژی همچنان رو به رشد است ولی چند بازی خوب و با کیفیت جدید که از «ری تریسینگ» پشتیبانی می‌کنند و پشتیبانی خواهند کرد عبارتند از:

• Battlefield V
• Control
• Deliver Us the Moon
• Metro Exodus
• Quake II RTX
• Shadow of the Tomb Raider
• Stay in the Light
• Wolfenstein: Youngblood
• Atomic Heart
• Call of Duty: Modern Warfare
• Cyberpunk 2077
• Doom Eternal
• Dying Light 2
• Enlisted
• Justice
• JX3
• Minecraft
• Mechwarrior V: Mercenaries
• ProjectDH
• Synced: Off Planet
• Vampire: The Masquerade – Bloodlines 2
• Watch Dogs: Legion

البته درمورد بازی‌های بالا دقت کنید که هیچکدام از موارد بالا نیاز به Ray Tracing ندارند یعنی بدون چنین قابلیتی هم قابل اجرا هستند و صورت اتوماتیک از روش‌های قدیمی استفاده می‌کنند اما اگر گرافیک یا کنسولی با پشتیبانی از این قابلیت داشته باشید می‌توانید از ری تریسینگ در این بازی‌های استفاده کنید.

و درمورد کنسول‌های بازی هم باید بدانید که هر دو کنسول جدید معرفی شده از سوی سونی و مایکروسافت یعنی PS5 و XBOX Series X از این قابلیت پشتیبانی می‌کنند و هیچکدام از کنسول‌های نسل قبلی قابلیت ری تریسینگ ندارند.

آیا به تجهیزات بیشتری نیاز دارید؟

در حالت معمول تنها چیزهایی که نیاز دارید یک کارت گرافیک با پشتیبانی از قابلیت ری تریسینگ و البته یک بازی با این قابلیت است و از نظر فنی به تلویزیون یا مانیتور خاصی نیاز ندارید اما در واقعیت اگر یک تلویزیون خوب یا مانیتور خیلی با کیفیت نداشته باشید هزینه‌ای که برای تهیه پیش نیازهای اجرایی کرده‌اید ارزشش را نخواهد داشت چراکه نمی‌توانید کیفیت واقعی که برایش هزینه کرده‌اید را مشاهده کنید.

بنابراین تفاوتی که یک مانیتور خوب و یا یک تلویزیون با کیفیت می‌تواند در تجربه بازی شما داشته باشد را دست کم نگیرید، اگر برای یک سیستم خوب هزینه می‌کنید حتما یک صفحه نمایش با کیفیت هم تهیه کنید.

آیا ری تریسینگ در حال حاضر ارزش هزینه کردن را دارد؟

اگر می‌خواهید یک سیستم جدید کامپیوتری بخرید و بودجه خوبی هم دارید با توجه به اینکه پشتبیانی از این قابلیت بیشتر و بیشتر خواهد شد و در حال حاضر هم بازی‌های خوبی این قابلیت را دارند گزینه‌ی نسبتا مناسبی برای هزینه کردن به نظر می‌رسد چرا که به هر حال در سال‌های آینده اگر پا به پای تکنولوژی‌های گیمینگ هم حرکت نکنید  ری تریسینگ یکی از اجزای ثابت بازی‌ها خواهد شد، از طرفی در حال حاضر از نسل اول کارت گرافیک‌های با این قابلیت که بسیار گران قیمت هم بودند گذر کرده‌ایم و در حال حاضر بیشترِ گرافیک‌های میان رده‌ی جدید هم از این قابلیت پشتیبانی می‌کنند.

اما اگر قصد ارتقا سیستم فعلی خود را دارید بهترین کار صبر کردن است چرا که با وجود پشتیبانی نسبتا خوب در حال حاضر نیاز اساسی برای تهیه این مورد ندارید و با گذشت زمان این تکنولوژی هم مثل دیگر تکنولوژی‌ها به مرور ارزانتر می‌شود و پشتیبانی آن هم افزایش پیدا می‌کند به علاوه به عنوان کسی که در حال حاضر هم یک سیستم آماده دارد شما نیاز قطعی برای تهیه این تکنولوژی ندارید و بازی‌های فعلی هر دو روش قدیمی و جدید را پشتیبانی می‌کنند و این روند برای سال‌ها ادامه خواهد داشت شما می‌توانید صبر کنید و وقتی به اندازه کافی بازی با این قابلیت منتشر شد و قیمت کارت‌های گرافیکی ارزانتر شد خرید خود را انجام دهید.

درمورد کنسول‌ها هم با توجه به اینکه هر دو کنسول PS5 و Xbox Series X برای پایان سال 2020 برنامه ریزی شده‌اند و کنسول‌های دیگر نیز از این قابلیت پشتیبانی نمی‌کنند چاره‌ای بجز صبر کردن ندارید و از آن‌جا که در کشور ما کنسول‌ها حداقل برای سال اول و گاهی اوقات حتی بیشتر از آن قیمت‌های سرسام آوری دارند برای تجربه این تکنولوژی روی کنسول بهتر است بیشتر صبر کنید.