يوضح OTT: ما هو تتبع الشعاع؟

يعد تتبع الشعاع شكلاً متقدمًا من أشكال رسومات الكمبيوتر التي تحاكي طريقة عمل الضوء في الحياة الواقعية. يمكنه إنشاء رسومات كمبيوتر تبدو واقعية حقًا.

في الماضي ، اقتصر تتبع الأشعة على مشاريع رسومات الحاسوب الضخمة ، مثل أفلام Hollywood CG. إنه موجود الآن في ألعاب الكمبيوتر وقريبًا ، وحدات تحكم الألعاب من الجيل التالي.

لفهم سبب إثارة هذا العدد الكبير من الأشخاص ، نحتاج إلى مقارنة رسومات تتبع الأشعة مع طريقة عرض الرسومات السائدة المستخدمة حتى الآن: التنقيط.

التنقيط مقابل تتبع الشعاع

تبدو رسومات الكمبيوتر الحديثة في الوقت الفعلي 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 Playstation 4 الحالية تستخدم نفس الطريقة الأساسية لتقديم رسومات ثلاثية الأبعاد ثم وضعها على شاشتك ثنائية الأبعاد.

يُعرف هذا باسم التنقيط . "النقطية" هي صورة تظهر على شكل شبكة من وحدات البكسل ، وهو بالضبط ما تعرضه شاشتك. التنقيط هو عملية تحويل مشهد ثلاثي الأبعاد إلى صورة ثنائية الأبعاد على الشاشة.

يجب القيام بذلك ، لأن المشهد ثلاثي الأبعاد ، حسنًا ، ثلاثي الأبعاد. إنه ذو عمق ، لذلك يمكن للأشياء الافتراضية أن تتحرك عبر بعضها البعض ويمكن النظر إليها من أي وجهة نظر. في عملية التحويل النقطي ، يجب على الكمبيوتر أن يكتشف كيف سيبدو هذا المشهد إذا كانت شاشتك في الأساس نافذة على هذا العالم ثلاثي الأبعاد.

في الحياة الواقعية ، يحتوي المشهد على نسيج وإضاءة ، بالإضافة إلى الشكل والعمق والحجم. نظرًا لأن محاكاة الضوء قد استحوذت تقليديًا على طاقة كمبيوتر أكثر مما يستطيع أي كمبيوتر منزلي ، فقد ابتكر المبرمجون حيلًا واختصارات لإنشاء شيء يشبه الضوء الحقيقي واللون والملمس باستخدام عملية التنقيط هذه.

يعتبر تتبع الأشعة ، بطريقة ما ، أبسط بكثير. بدلاً من محاولة استخدام قائمة طويلة من الحيل لخلق وهم الضوء الحقيقي ، 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 ويعمل كل شيء.

في العالم الحقيقي ، ارتدت أشعة الضوء التي تدخل عينك عن كل شيء آخر تنظر إليه قبل أن تصل إلى شبكية عينك. يحقق تتبع الشعاع نفس النتيجة بطريقة أكثر كفاءة. يقوم بذلك عن طريق تصوير "أشعة" الضوء من "الكاميرا" والسماح لها بالارتداد حول المشهد الافتراضي ، والتقاط معلومات اللون والسطوع على الطريق. تمثل شاشتك العين الافتراضية ، لذلك ترى عالمًا افتراضيًا واقعيًا حقًا.

باستخدام تتبع الأشعة ، تقوم تقنية واحدة بإنشاء كائنات وانعكاسات وظلال وعناصر أخرى من المشهد تبدو حقيقية. هذه الواقعية تحدث بشكل طبيعي كنتيجة للمحاكاة ، ولا حاجة إلى حيل أو اختصارات!

أين يمكنك تجربة تتبع الأشعة

إذا كنت ترغب في مشاهدة تتبع الأشعة أثناء العمل ، فكل ما عليك فعله هو مشاهدة أي فيلم حديث يستخدم رسومات تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر. إذا شاهدت فيلمًا من أفلام CG مثل Toy Story 4 ، فإن كل ما تراه هو نتاج تتبع الأشعة.

إذا كنت ترغب في استكشاف عالم تفاعلي تتبع الأشعة ، 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 الشعاع بأجهزة غير RTX ، لكنك لن تحصل على أداء جيد. تأكد من مراجعة مقالتنا حول أفضل الألعاب التي تعرض أجهزة RTX.

المشكلة هي أن أجهزة RTX لا تزال باهظة الثمن. ومع ذلك ، فإن الجيل القادم من أجهزة ألعاب الفيديو لديه 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 تتبع الأشعة صعبًا جدًا في الوقت الفعلي ، فكيف تستطيع وحدات معالجة الرسومات الجديدة هذه إدارتها؟

كيف يتم تحقيق تتبع الشعاع في الوقت الحقيقي؟

يمكن لأي جهاز كمبيوتر تقديم مشهد ثلاثي الأبعاد باستخدام تتبع الأشعة. الأشخاص الذين يعملون مع حزم العرض ثلاثية الأبعاد يفعلون ذلك منذ سنوات. يمكن لأي وحدة معالجة مركزية حديثة إجراء الحسابات الفعلية اللازمة لتتبع مسار الضوء حول المشهد.

ومع ذلك ، لا تستطيع وحدات المعالجة المركزية (CPU) الحديثة ووحدات معالجة الرسومات (GPU) 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.

على النقيض من ذلك ، تحتاج ألعاب الفيديو الحديثة إلى إنشاء ما لا يقل عن ثلاثين إطارًا من الصور كل ثانية لتكون قابلة للتشغيل ، مع تحديد المعيار الذهبي حاليًا حول علامة 60 إطارًا في الثانية.

إذن كيف يمكن لوحدات معالجة الرسومات مثل سلسلة Nvidia RTX إدارة استخدام طريقة تتبع الأشعة بمعدلات إطارات قابلة للتشغيل؟ الإجابة هي أنهم لا يستخدمون تتبع الأشعة في كل شيء. على الأقل ليس في العناوين الحديثة.

الحيلة هي الجمع بين الرسومات التقليدية مع تتبع انتقائي للأشعة. تحتوي بطاقات RTX على أجهزة مخصصة لتتبع الأشعة تتناسب مع وحدة معالجة رسومات أكثر تقليدية. بهذه الطريقة ، يمكن استخدام تتبع الأشعة للتعويض عن بعض أوجه القصور في أجهزة الرسومات التقليدية.

هناك ألعاب فيديو يمكنك لعبها باستخدام بطاقة RTX التي يتم تتبعها بالكامل بأشعة الأشعة. أفضل مثال على ذلك هو Quake II RTX. هذه لعبة فيديو عمرها عقود وهي بسيطة بما يكفي بحيث يمكن تتبع الأشعة في الوقت الحقيقي. عندما يتعلق الأمر بتطبيق تتبع الأشعة الخالص على ألعاب الفيديو الحالية ، فسوف تستمر سنوات قبل أن تصبح هذه الأجهزة سائدة.

هل راي تتبع المستقبل؟

الإجابة المختصرة هي نعم ، تتبع الأشعة هو المستقبل. الإجابة الأطول هي أنه نظرًا لأن الأجهزة التي تجعل تتبع الشعاع في الوقت الفعلي ممكنًا تصبح أرخص ، فمن المحتمل أن نراها تحل محل العرض التقليدي شيئًا فشيئًا. إذا أصبحت الرسومات ذات التتبع الشعاعي جزءًا طبيعيًا من جيل وحدة التحكم الجديد ، فلن يكون هناك عودة.

يمكن للمطورين تضمين ميزات تتبع الأشعة بأمان في عناوينهم ، لأن جميع الأنظمة الأساسية الشائعة ستدعمها. نظرًا لأن رسومات تتبع الأشعة متفوقة ، فإن النجوم تتماشى حقًا مع وصول تتبع الأشعة على أجهزة ميسورة التكلفة. مما يعني أن الواقعية الحقيقية قد تكون هنا أخيرًا.

العلامة الرئيسية الأخرى على أن تتبع الأشعة سيصبح طريقة عرض سائدة هي كيف يتم تضمينها الآن في الأدوات الشائعة التي يستخدمها المطورون لصنع ألعاب الفيديو والتطبيقات ثلاثية الأبعاد الأخرى. بمعنى آخر ، لم يعد من الضروري للمطورين ابتكار حلول تتبع الأشعة الخاصة بهم.

تتضمن محركات الرسومات الشهيرة مثل Unreal Engine 4 أو Frostbite الآن دعمًا لتتبع الأشعة المعجل للأجهزة RTX. مما يزيد من احتمالية قيام المطورين بتضمينه كخيار لعناوينهم.

هل يجب أن تشتري تقنية تتبع الشعاع الآن؟

في وقت كتابة هذا التقرير ، ما زلنا في الجيل الأول من أجهزة تتبع الأشعة. بينما انخفضت الأسعار ، لا يزال الأداء متواضعًا جدًا. إذا كنت متشددًا ومتبنيًا مبكرًا ، فهناك الكثير مما يعجبك في تتبع الأشعة على جهاز الكمبيوتر.

إذا لم تكن على استعداد لإنفاق مئات أو آلاف الدولارات كمتبني مبكر ، فمن الأفضل الاستثمار في الجيل التالي من وحدات التحكم الرئيسية التي تعد بإبراز التكنولوجيا ، أو انتظار الخلف لبطاقات سلسلة RTX 20.