رهگیری پرتو یا فناوری RTX چیست و در انتخاب کارت گرافیک چه تاثیری دارد؟
رهگیری پرتو بلادرنگ (Realtime Ray-tracing) یا RTX فناوری بسیار مهمی است که به دنیای گیم جان تازه‌ای می‌بخشد. اما این فناوری چیست و چه امکاناتی را به بازی‌ها اضافه خواهد کرد؟
اگر اهل بازی‌های رایانه‌ای یا کارهای گرافیکی باشید احتمالا با اصطلاحاتی مثل امبینت اکلوژن، افکت پس پردازشی MLAA، V-Sync انطباقی و رهگیری پرتو بلادرنگ یا Ray Tracing RTX آشنایی دارید. هریک از این اصطلاحات پیچیده زمانی به عنوان یک فناوری انقلابی در دنیای پردازش گرافیکی مطرح شده بودند اما از بین آنها تنها آخرین مورد شانس ایجاد یک تحول اساسی را دارد.
این اواخر فناوری رهگیری پرتو بلادرنگ به یکی از پرکاربردترین عبارت‌ها تبدیل شده و حتی در نمایشگاه E3 هم زیاد به گوش می‌رسید. طی E3 که از معتبرترین رویدادهای گیم سالانه به شمار می‌رود، کمپانی‌های مایکروسافت، انویدیا و AMD متعهد شدند که در نسخه بعدی بازی‌هایشان این فناوری را به خانه‌های ما بیاورند.
افراد بسیاری از متخصصان و کارشناسان گرفته تا گیمرها با هیجان از این فناوری، قابلیت‌ها و مزایای آن صحبت می‌کنند؛ اما رهگیری پرتو چیست و چگونه بازی را تغییر خواهد داد؟
رهگیری پرتو بلادرنگ چیست؟
رهگیری پرتو تکنیکی به نور اجازه می‌دهد در بازی‌های ویدیویی شبیه به دنیای واقعی رفتار کند. 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.
مفهوم رهگیری پرتو 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. «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 گرانقیمت 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.
رهگیری پرتو با تکنیک‌های فعلی چه تفاوتی دارد؟
تفاوت رهگیری پرتو (سمت راست) و روش معمولی (سمت چپ)بازی‌های ویدیویی همین حالا هم دارای عناصری مثل تابش نور، شکل گیری پرتوها، تشکیل انعکاس، سایه و غیره 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.
شاید این افکت‌ها در نگاه اول متقاعد کننده به نظر برسند اما ایستا و عاری از هر نوع پویایی هستند. 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 رهگیری پرتو اما داستان متفاوت است و 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؟
مقایسه رهگیری پرتو (سمت راست) با روش معمولیدر دنیای واقعی 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.
رهگیری پرتو هم تقریبا به همین شکل عمل می‌کند به جز اینکه تقریبا 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. البته همین کار هم روی کاغذ ساده است. «کریستنسن»، از برنامه نویس‌های بصری NCSAدر این باره می‌گوید:
در هر ثانیه هزاران میلیارد فوتون به چشم می‌رسند که محاسبه آنها از توان کامپیوتر خارج است. بنابرین برای رهگیری صحیح و ایجاد صحنه‌ای واقع‌گرایانه باید بهینه سازی‌ها و ترفندهایی به کار برده شود.
توسعه دهندگان انویدیا به جای نقشه نگاری تمامی پرتوهای نور تنها مهمترین موارد را انتخاب کرده و با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین فواصل بین آنها را پر می‌کنند. این فرایند که حذف نویز یا دنویز نام دارد باعث ایجاد تصویری روان و عاری از ایراد می‌شود.
به گفته تاماسی آنها به جای ارسال صدها هزار پرتو برای هر پیکسل، تنها چند ده پرتو تولید کرده و با استفاده از کلاس‌های مختلف دنویز تصویر نهایی را سرهم می‌کنند.
رهیابی پرتو بلادرنگ چه زمانی از راه می‌رسد؟
این فناوری همین حالا هم در بازی‌های محدودی از جمله بتلفیلد V، مترو اکسدس و شادو او توم رایدر ارائه شده و در آینده با عناوین سایبرپانک ۲۰۷۷ و ولفنشتاین: یانگ بلاد نیز همراه خواهد شد. البته برای لذت بردن از جلوه‌های چشم‌نواز رهیابی پرتو بلادرنگ باید سیستم شما هم از عهده آن برآید. کمپانی انویدیا سال میلادی گذشته این قابلیت را همزمان با معرفی کارت‌های گرافیک RTX ارائه کرد اما اگر به این قابلیت علاقمند شده‌اید باید قید بخش قابل توجهی از پس اندازتان را برای خرید کارت‌های گرافیک سازگار با آن بزنید چون این کارت‌ها بین ۳۵۰ تا ۱۵۰۰ دلار برایتان آب می‌خورد. گفتنی است نسل فعلی کنسول‌های ایکس باکس وان و پلی استیشن از سخت افزار سازگار با رهیابی پرتو در لحظه بی‌بهره‌اند اما در مدل‌های آتی شاهد پیاده‌سازی آن خواهیم بود. علی‌رغم پتانسیل‌های هیجان انگیز رهیابی پرتو بلادرنگ، جا افتادن آن در دنیای فناوری چند سالی زمان خواهد برد. با سپری شدن دوران بلوغ این فناوری، سخت افزارها با آن سازگاری بهتری پیدا کرده و توسعه دهندگان هم تسلط خود بر راهکارهای رهیابی بلادرنگ را بهبود خواهند بخشید. 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.
