إذا كنت قد التقطت حتى أدنى أخبار ألعاب الورق والرسومات مؤخرًا ، فستسمع أحدث وأحدث كلمة طنانة: تتبع الشعاع. قد تكون سمعت أيضًا كلمة صوتية مماثلة تسمى تتبع المسار. ويمكنك أن تغفر تمامًا لعدم تفهمك التام لأيٍّ من العملياتتين.
والتفسير البسيط هو أن كلا من تتبع المسار وتتبع الشعاع هما تقنيتان رسوميتان ينتجان صورة أكثر واقعية بتكلفة أكبر بكثير القوة الحسابية. يوجد مقطع فيديو minecraft على YouTube يوضح الجوانب الخاصة للرايت راي بطريقة واضحة ، ولكنه يوضح أيضًا الضغط الذي يضعه على النظام.
إذا كان هذا هو التفسير الوحيد الذي تحتاجه ، عظيم! ولكن إذا كنت ترغب في البحث بعمق ومعرفة كيفية عمل كل تقنية ، ولماذا تتقاضى شركات أجهزة GPU ثروة صغيرة مقابل بطاقات قادرة على تتبع الأشعة ، تابع القراءة.
التنقيط ورسومات الكمبيوتر
لم تبدأ أي صورة تراها معروضة على شاشة الكمبيوتر بهذه الصورة. يبدأ كصورة نقطية أو متجهة. تتكون الصورة النقطية من مجموعة من وحدات البكسل المظللة.
تستند صورة المتجه إلى صيغ رياضية تعني أنه يمكن زيادة حجم الصورة إلى أجل غير مسمى تقريبًا. الجانب السلبي للصور المتجهة هو أنه من الصعب تحقيق تفاصيل أكثر دقة. يتم استخدام الصور المتجهات بشكل أفضل عند الحاجة إلى بضعة ألوان فقط.
تتمثل القوة الرئيسية في التنقيط في السرعة ، خاصةً مقارنةً بتقنيات مثل تتبع الأشعة. سوف تخبر GPU ، وحدة معالجة orgraphics ، اللعبة بإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد من الأشكال الصغيرة ، وغالبًا ما تكون مثلثات. يتم تحويل هذه المثلثات إلى وحدات بكسل فردية ثم يتم وضعها خلال تظليل لإنشاء الصورة التي تراها على الشاشة.
لقد كان التنقيط هو خيار الانتقال للرسومات التفاعلية لألعاب الفيديو لفترة طويلة بسبب السرعة التي يمكن معالجتها بها ، لكن التكنولوجيا الحالية تبدأ في التصدّي لحدودها ، وهناك حاجة إلى مزيد من التقنيات المتقدمة. مستوى. هذا هو المكان الذي يأتي فيه raytracing.
تبدو ميزة تتبع الشعاع أكثر واقعية من التكرار ، كما توضح الصورة أدناه. إلقاء نظرة على الانعكاسات على وعاء thetea والملعقة.
ما المقصود بتتبع Ray؟
على مستوى السطح ، يعد تتبع الشعاع مصطلحًا مضاءًا يعني كل شيء من تقاطع واحد للضوء والهدف إلى إتمام الصورة الواقعية. في السياق الأكثر شيوعًا المستخدم اليوم ، يشير تتبع الشعاع إلى تقنية تجسيد تتبع حزمة من الضوء (بالبكسل) من نقطة محددة وتحاكي كيفية تفاعلها عندما تتفاعل الكائنات.
خذ لحظة و انظر إلى الحائط الذي يوجد فيه. هل يوجد مصدر إضاءة على الحائط ، أم أن الضوء ينعكس على الحائط من مصدر آخر؟ ستبدأ الرسومات المتتبعة من Ray عند عينيك وتتبع خط الرؤية الخاص بك إلى الحائط ، ثم تتبع مسار الضوء منهالجدار يعود إلى مصدر الضوء.
يوضح الرسم البياني أعلاه كيف هذا يعمل. سبب "العيون" المحاكاة (الكاميرا في هذا المخطط) هو تقليل الحمل على وحدة معالجة الرسومات.
لماذا؟ حسنًا ، تتبع الأشعة ليس جديدًا. لقد كانت موجودة بالفعل لبعض الوقت. تستخدم Pixar تقنيات تتبع الشعاع لإنشاء العديد من أفلامها ، ولكن الرسومات عالية الدقة والإطار تلو الآخر بدقة تصل إلى Pixar.
الكثير من الوقت. استغرقت بعض الإطارات في جامعة Monsters29 ساعة لكل منها. استغرق Toy Story 3في المتوسط 7 ساعات لكل إطار ، مع بعض الإطارات استغرقت 39 ساعة وفقًا لقصة 2010 من Wired.
نظرًا لأن الفيلم يوضح انعكاس الضوء من كل سطح لإنشاء النمط الرسومي الذي أصبح كل شخص يعرفه ويحبه ، فإن عبء العمل لا يمكن تصوره تقريبًا. من خلال قصر تقنيات تتبع الشعاع على ما يمكن أن تراه العين فقط ، يمكن للألعاب الاستفادة من التقنية التي تسببت في حدوث انهيار (حرفي) لمعالج الرسومات الخاص بك.
ألقِ نظرة على الصورة أدناه.
هذه ليست صورة ، على الرغم من أنها تبدو حقيقية. إنها صورة تتبعها الأشعة. حاول أن تتخيل مقدار الطاقة المطلوبة لإنشاء صورة تبدو هكذا. يمكن تتبع ومعالجة شعاع واحد دون كثير من المتاعب ، ولكن ماذا عن عندما ترتد هذه الأشعة من جسم ما؟
يمكن أن تتحول الأشعة المفردة إلى 10 أشعة ، ويمكن أن تتحول تلك الأشعة إلى 100 ، وما إلى ذلك. الزيادة أسي. بعد نقطة ما ، تظهر الانعكاسات والانعكاسات التي تتجاوز العرض الرباعي والرباعي عائدات متناقصة. وبعبارة أخرى ، فإنها تتطلب قوة أكبر بكثير لحساب وعرض ما يستحق. من أجل تقديم صورة ، يجب رسم حد في مكان ما.
الآن تخيل القيام أن 30 إلى 60 مرة من الثانية. هذا هو مقدار الطاقة اللازمة لاستخدام تقنيات تتبع الأشعة. إنه بالتأكيد مثير للإعجاب ، أليس كذلك؟
سترتفع إمكانية الحصول على بطاقات رسومية قادرة على تتبع الأشعة مع مرور الوقت ، وفي النهاية ستصبح هذه التقنية متاحة بسهولة مثل الرسومات ثلاثية الأبعاد. في الوقت الحالي ، على الرغم من ذلك ، لا يزال تتبع البحث عن الأشعة يعتبر أحدث رسومات الكمبيوتر. إذاً ، كيف يتم تشغيل تتبع المسار؟
ما هو تتبع المسار؟
تتبع المسار هو نوع من تتبع الأشعة. تقع تحت تلك المظلة ، ولكن عندما تم اكتشاف نظرية تتبع الشعاع في الأصل في عام 1968 ، لم يأت تتبع المسار إلى المشهد حتى عام 1986 (ولم تكن النتائج مثيرة مثل تلك الموجودة الآن.)
تذكر الزيادة الأسية في الإشعاعات سابقا؟ تتبع المسار يوفر حلا لذلك. عند استخدام ميزة تتبع المسار للتجسيد ، لا تنتج الأشعة إلا شعاعًا واحدًا لكل ترتد. لا يتبع raysdo سطرًا محددًا لكل ترتد ، بل يتبعه في اتجاه عشوائي.
ثم تقوم خوارزمية تتبع المسار بأخذ عينات عشوائية من جميع الأشعة لإنشاء الصورة النهائية. هذا يؤدي إلى أخذ عينات متنوعة من أنواع مختلفة من الإضاءة ، ولكن لا سيما الإضاءة العالمية.
هناك شيء مثير للاهتمام حول تتبع المسار وهو أن التأثير يمكن محاكاته من خلال استخدام التظليل. تم التظليل في الآونة الأخيرة للحصول على جهاز محاكاة Nintendo Switch الذي سمح للاعبين بتقليد المسار الذي تتبع الإضاءة العالمية في عناوين مثل The Legend of Zelda: Breath of the Wildو Super Mario Odyssey.تبدو التأثيرات لطيفة ، فهي غير مكتملة مثل تتبع المسار الحقيقي.
تتبع المسار واحد فقط شكل raytracing. بينما تم الترحيب بها باعتبارها أفضل طريقة لعرض الصور ، فإن تتبع المسار مع عيوبه.
لكن في النهاية ، فإن تتبع المسار وتتبع الشعاع ينتجان صورًا جميلة تمامًا. الآن بعد أن وصلت الأجهزة الموجودة في الأجهزة ذات المستوى الاستهلاكي إلى نقطة مفادها أن تتبع الشعاع أمر ممكن في الوقت الفعلي في ألعاب الفيديو ، فإن الصناعة تقف على أهبة الاستعداد لتحقيق تقدم مثير للإعجاب تقريبًا مثل الخطوة من الرسومات ثنائية الأبعاد إلى ثلاثية الأبعاد.
ومع ذلك ، سيستمر بعض الوقت - عدة سنوات على الأقل - قبل اعتبار الأجهزة الضرورية "في متناول الجميع". اعتبارا من الآن ، حتى بطاقات الرسومات اللازمة تكلف أكثر من 1000 دولار.