تتبع الأشعة هو شكل متقدم من رسومات الكمبيوتر يحاكي طريقة عمل الضوء في الحياة الواقعية. يمكنه إنشاء رسومات كمبيوتر تبدو واقعية للغاية.
في الماضي ، كان تتبع الأشعة يقتصر على مشاريع رسومات الكمبيوتر الضخمة ، مثل أفلام Hollywood CG. تم العثور عليه الآن في ألعاب الكمبيوتر وقريبًا ، وحدات تحكم الألعاب من الجيل التالي.
لفهم سبب إثارة هذا العدد الكبير من الأشخاص ، نحتاج إلى مقارنة الرسومات التي يتم تتبعها بالأشعة بطريقة عرض الرسومات السائدة التي تم استخدامها حتى الآن : التنقيط.
التنقيط مقابل Ray Tracing
تبدو رسومات الكمبيوتر الحديثة في الوقت الحقيقي مذهلة! من الصعب تخيل أن لها أي علاقة بالرسومات ثلاثية الأبعاد الأساسية منذ عشرين أو ثلاثين عامًا. الحقيقة هي أن وحدة التحكم مثل Playstation 1 و بلاي ستيشن 4 الحالية تستخدم نفس الطريقة الأساسية لعرض الرسومات ثلاثية الأبعاد ثم وضعها على الشاشة ثنائية الأبعاد.
يُعرف هذا تنقيط. "النقطية" هي صورة تظهر على شكل شبكة من وحدات البكسل ، وهذا بالضبط ما تعرضه شاشتك. التنقيطهي عملية تحويل مشهد ثلاثي الأبعاد إلى صورة ثنائية الأبعاد على الشاشة.
يجب القيام بذلك ، لأن المشهد ثلاثي الأبعاد جيد ، ثلاثي الأبعاد. لها عمق ، بحيث يمكن للأشياء الافتراضية أن تتحرك فيما بعد ويمكن النظر إليها من أي وجهة نظر. في عملية التنقيط ، يجب على الكمبيوتر معرفة الشكل الذي سيبدو عليه هذا المشهد إذا كانت شاشتك في الأساس نافذة على هذا العالم ثلاثي الأبعاد.
في الحياة الواقعية ، يكون للمشهد نسيج و الإضاءة ، وكذلك الشكل والعمق والحجم. نظرًا لأن محاكاة الضوء قد استهلكت تقليديًا طاقة كمبيوتر أكبر من أي جهاز كمبيوتر منزلي ، ابتكر المبرمجون حيلًا واختصارات لإنشاء شيء يبدو قريبًا من الضوء واللون والملمس الحقيقيين باستخدام عملية التنقيط هذه.
راي التتبع ، بطريقة ما ، أبسط بكثير. بدلاً من محاولة استخدام قائمة طويلة من الحيل لخلق وهم حقيقي ، فإنه يحاكي الضوء الحقيقي بدلاً من ذلك. الآن عندما يتعين على الكمبيوتر معرفة الشكل الذي سيبدو عليه المشهد من خلال "نافذة" شاشتك ، فإنه يقوم فقط بتشغيل محاكاة تتبع الأشعة وكل شيء يعمل.
في العالم الحقيقي ، إن أشعة الضوء التي تدخل عينك قد ارتدت عن كل شيء آخر تنظر إليه قبل الوصول إلى شبكية العين. يحقق تتبع الأشعة نفس النتيجة بطريقة أكثر كفاءة. تقوم بذلك عن طريق تصوير "أشعة" محاكاة من "الكاميرا" والسماح لها بالارتداد حول المشهد الافتراضي ، والتقاط معلومات الألوان والسطوع في الطريق. تمثل شاشتك العين الافتراضية ، لذا ترى عالمًا افتراضيًا واقعيًا حقًا.
باستخدام تتبع الأشعة ، تنشئ تقنية واحدة كائنات وانعكاسات وظلال وعناصر أخرى من المشهد تبدو حقيقية. تحدث هذه الواقعية بشكل طبيعي نتيجة المحاكاة ، ولا حاجة إلى حيل أو اختصارات!
مكان تجربة Ray Tracing
إذا كنت تريد مشاهدة تتبع الشعاع في العمل ، كل ما عليك فعله هو مشاهدة أي فيلم حديث يستخدم رسومات تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر. إذا شاهدت فيلم CG مثل قصة لعبة 4 ، فكل ما تراه هو نتاج تتبع الأشعة.
إذا كنت ترغب في استكشاف عالم تفاعلي يتم تتبعه بالأشعة ، فهناك حاليًا لعبة واحدة فقط في المدينة. سلسلة RTX لوحدات معالجة الرسومات Nvidia ، جنبًا إلى جنب مع ألعاب الفيديو والتطبيقات التي تدعم هذه التقنية. يمكنك تشغيل بعض تطبيقات تتبع الأشعة باستخدام أجهزة غير RTX ، لكنك لن تحصل على أداء جيد. تأكد من الاطلاع على مقالتنا عن أفضل الألعاب التي تعرض أجهزة RTX.
المشكلة هي أن أجهزة RTX لا تزال باهظة الثمن. ومع ذلك ، فإن الجيل القادم من وحدات تحكم ألعاب الفيديو لديها شكل من أشكال دعم تتبع الأشعة. مما يعني أن عالم الألعاب السائد قد يساعد في تحويل تتبع الأشعة إلى تقنية الألعاب الرئيسية التالية. ومع ذلك ، إذا كان من الصعب جدًا إجراء تتبع الأشعة في الوقت الفعلي ، فكيف تديرها وحدات معالجة الرسومات الجديدة هذه؟
كيف يتم تحقيق تتبع الأشعة في الوقت الحقيقي؟
يمكن لأي جهاز كمبيوتر عرض مشهد ثلاثي الأبعاد باستخدام تتبع الأشعة. الأشخاص الذين يعملون مع حزم تقديم 3D يقومون بذلك منذ سنوات. يمكن لأي وحدة معالجة مركزية حديثة إجراء الحسابات الفعلية اللازمة لتتبع مسار الضوء حول المشهد.
ومع ذلك ، لا تستطيع وحدات المعالجة المركزية ووحدات معالجة الرسومات الحديثة معالجة هذه الأرقام بسرعة كافية لإنشاء صورة في الوقت الفعلي. على سبيل المثال ، تستغرق مزارع الكمبيوتر الضخمة المستخدمة في صناعة أفلام مثل Monsters Inc أو Toy Story ساعات لتقديم إطار واحد للمنتج النهائي.
تحتاج ألعاب الفيديو الحديثة ، على النقيض من ذلك ، إلى إنشاء ما لا يقل عن ثلاثين إطارًا من الصور في كل ثانية ليتم اعتبارها قابلة للتشغيل ، مع وضع المعيار الذهبي حاليًا حول 60 إطارًا لكل علامة ثانية.
إذاً كيف يمكن لوحدات معالجة الرسومات مثل سلسلة Nvidia RTX أن تستخدم طريقة تتبع الأشعة بمعدلات إطارات قابلة للتشغيل؟ الجواب هو أنهم لا يستخدمون تتبع الأشعة لكل شيء. على الأقل ليس في العناوين الحديثة.
تتمثل الخدعة في دمج الرسومات التقليدية مع تتبع الأشعة الانتقائي. تحتوي بطاقات RTX على أجهزة مخصصة لتتبع الأشعة تقع على طول وحدة معالجة الرسوميات التقليدية. بهذه الطريقة ، يمكن استخدام تتبع الأشعة للتعويض عن بعض أوجه القصور في أجهزة الرسومات التقليدية.
هناك ألعاب فيديويمكنك تشغيلها باستخدام بطاقة RTX بالكامل تتبع الأشعة. أفضل مثال هو Quake II RTX. هذه لعبة فيديو عمرها عقود من الزمن بسيطة بما يكفي بحيث يمكن تتبع الأشعة في الوقت الحقيقي الكامل. عندما يتعلق الأمر بتطبيق تتبع الأشعة النقي على ألعاب الفيديو الحالية ، فسيظل الأمر يستغرق سنوات قبل أن تصبح هذه الأجهزة سائدة.
هل راي يتتبع المستقبل؟
الإجابة المختصرة هي نعم ، تتبع الأشعة هو المستقبل. الجواب الأطول هو أنه نظرًا لأن الأجهزة التي تجعل تتبع الأشعة في الوقت الفعلي ممكنًا أرخص ، سنرى على الأرجح أنه يحل محل العرض التقليدي شيئًا فشيئًا. إذا أصبحت الرسومات التي يتم تتبعها بالأشعة جزءًا طبيعيًا من الجيل الجديد لوحدة التحكم ، فلن يكون هناك عودة.
يمكن للمطورين تضمين ميزات تتبع الأشعة بأمان في عناوينهم ، لأن جميع الأنظمة الأساسية الشائعة ستدعمها. نظرًا لأن الرسومات التي يتم تتبعها بالأشعة متفوقة ، فإن النجوم تتأقلم حقًا مع وصول تتبع الأشعة على الأجهزة بأسعار معقولة. مما يعني أن الواقعية الواقعية الحقيقية قد تكون هنا أخيرًا.
العلامة الرئيسية الأخرى على أن تتبع الأشعة سيصبح طريقة عرض سائدة هو كيف يتم تضمينه الآن في الأدوات الشائعة التي يستخدمها المطورون لإنشاء ألعاب الفيديو والتطبيقات ثلاثية الأبعاد الأخرى. بعبارة أخرى ، لم يعد من الضروري للمطورين اختراع حلول تتبع الأشعة الخاصة بهم.
تتضمن محركات الرسومات الشائعة مثل Unreal Engine 4 أو Frostbite الآن دعمًا لتتبع الأشعة المسرَّعة بالأجهزة RTX. مما يزيد من احتمالية قيام المطورين بتضمينها كخيار لعناوينهم.
هل يجب عليك الشراء في Ray Tracing Now؟
في وقت الكتابة ، ما زلنا في الجيل الأول من أجهزة تتبع الأشعة. بينما انخفضت الأسعار ، لا يزال الأداء متواضعًا جدًا. إذا كنت متشددًا ومبكرًا مبكرًا ، فهناك الكثير مما يعجبك في تتبع الأشعة على جهاز الكمبيوتر.
إذا لم تكن مستعدًا لإنفاق مئات أو آلاف الدولارات كمتبنى مبكر ، فمن الأفضل الاستثمار في الجيل التالي من وحدات التحكم الرئيسية التي تعد بتقديم ميزة التكنولوجيا ، أو تنتظر خليفة بطاقات RTX 20-series.