ما هو تتبع الشعاع؟ (وماذا يعني لألعاب الكمبيوتر)

هل لاحظت اتساع عينيك كثيرًا عندما تلعب مؤخرًا؟ إذا كان الأمر كذلك ، فقد يكون ذلك بسبب تقنية جديدة تنتشر ببطء عبر مجال اللعبة. يتم تقديم أحدث وأروع التحسينات المرئية في ألعاب الكمبيوتر الشخصي من خلال تتبع الأشعة ، وهو أمر لم يصبح ممكنًا إلا مؤخرًا في الوقت الفعلي باستخدام أجهزة متخصصة.

على الرغم من الإشارة إلى تتبع الأشعة بشكل شائع في ألعاب الكمبيوتر ، إلا أن أجهزة Xbox Series X من Microsoft و Sony PlayStation 5 تمتلكان أيضًا الأجهزة الضرورية ومكتبة متنامية من الألعاب التي تدعمها. تتناول هذه المقالة كيف يختلف تتبع الشعاع عن التنقيط التقليدي ، ولماذا هو مهم لمستقبل الألعاب ، وبالطبع ، ما إذا كان يجب أن يؤثر تتبع الأشعة على شراء جهاز كمبيوتر الألعاب التالي (سواء كان سطح مكتب ألعاب أو كمبيوتر محمول للألعاب) أو وحدة تحكم.

أساسيات تتبع الشعاع

تتبع الأشعة هي تقنية تعمل بشكل جيد لإلقاء الضوء على مشهد تم إنشاؤه بواسطة الكمبيوتر. مفهوم ليس جديدا؛ ما هو الجديد هو الوصول إلى العضلات الحاسوبية لسحبها بكفاءة.

تخيل إطلاق شعاع ضوئي على جسم ما وتتبع كيفية ارتداده عن السطح ، تقريبًا مثل المشي في غرفة مظلمة وتوجيه مصباح يدوي. ثم تخيل إطلاق العديد من الأشعة ، باستخدام تلك التي تعود (ولا تعود) لمعرفة كيف يجب أن يبدو المشهد. على سبيل المثال ، من المحتمل أن تكون الأشعة التي فشلت في العودة قد تم حظرها بواسطة كائن ، وبالتالي خلق ظل. (التفكير في المفهوم بنفس الطريقة التي يعمل بها الرادار ليس ببعيد.)

يوضح هذا التفسير الأساسي كيف يوازي تتبع الأشعة إضاءة العالم الحقيقي:الضوء الذي يصل إلى عينك يخبر عقلك بما تراه. تستخدم أفلام الرسوم المتحركة تتبع الأشعة منذ عقود ؛ قصة لعبة لشركة Pixar ، على سبيل المثال ، سلطت عليه الأضواء في عام 1995 ، وتم إحراز خطوات كبيرة في تقديمه منذ ذلك الحين.

لطالما كانت صناعة السينما تستخدم تتبع الأشعة ، اعتمدت ألعاب الفيديو على تقنية مختلفة ، التنقيط ، لتقديم عوالم ثلاثية الأبعاد. ولكن ، قبل أن نتطرق إلى الأسباب الكامنة وراء ذلك ، دعنا نتتبع شعاع التباين باستخدام التنقيط.

الأساسيات:تتبع الشعاع مقابل التنقيط

التنقيط هو نهج قائم على الكائن لتصيير المشهد. يتم رسم كل كائن باللون أولاً ، ثم يتم تطبيق المنطق لإظهار وحدات البكسل الأقرب للعين فقط. على النقيض من ذلك ، فإن تتبع الأشعة يلون البيكسلات أولاً ، ثم يعرفها بالكائنات لاحقًا. بسيط ... هذا يشرح كل شيء ، أليس كذلك؟

حسنًا ، ليس تمامًا ، لذلك فكر في الأمر على هذا النحو. تتطلب عملية التنقيط تقنيات خاصة وتعديل وتبديل لإنشاء صور واقعية. على سبيل المثال ، قد يتم تصميم خط أنابيب عرض اللعبة وتحسينه لتطبيق تأثير معين ، حيث يكون للبكسل على كائن نمط معين. بطبيعة الحال ، يختلف هذا النوع من المنطق من كائن إلى آخر ومن مشهد إلى آخر. يتطلب الأمر جهدًا من جانب المطور للاستفادة من ذلك ، ولكن يمكن أن يؤتي ثماره بكفاءة ، نظرًا لأن الكمبيوتر قد يكون قادرًا على عرض مشهد معقد بدون كميات متناسبة من قوة المعالجة.

يميل تتبع الشعاع إلى أن يتم تطبيقه بطريقة أكثر عمومية من التنقيط ، لأنه يعتمد على تصوير أشعة الضوء. ونتيجة لذلك ، فإن تقنيات تحقيق النتائج المرئية باستخدامه تعتمد على كيفية استخدام هذه الأشعة. تتطلب الظلال والانعكاسات الأكثر نعومة ، على سبيل المثال ، تصوير المزيد من الأشعة ، بينما قد تتطلب تأثيرات الحركة والتعتيم تغيير توقيت الشعاع أو نقطة منشأ الأشعة.

بشكل عام ، يمكن استخدام التنقيط وتتبع الأشعة لتحقيق نفس النتيجة (أو على الأقل الاقتراب منها). فلنستكشف الآن سبب استخدام أحدهما على الآخر.

Mainstream Gaming، Meet Ray Tracing

منذ عقود ، احتلت عملية التنقيط مكانها في ألعاب الفيديو لأن الأجهزة المطلوبة للقيام بذلك كانت ميسورة التكلفة بما يكفي للمشترين العاديين للوصول إليها ، على عكس ما هو مطلوب لتتبع الأشعة. هذا لا يزال صحيحا إلى حد كبير. تم تحسين بطاقات رسومات الألعاب للتنقيط ، وستظل كذلك لسنوات عديدة قادمة.

بدأت رحلة Ray tracing في الألعاب السائدة في عام 2018 بإطلاق خط بطاقات سطح المكتب GeForce RTX من Nvidia ، في شكل GeForce RTX 2080. قدمت Nvidia الجيل الثاني من بطاقات سلسلة GeForce RTX 3000 في عام 2020 (تحت عنوان GeForce RTX 3080) وسرعان ما حذت شركة AMD المنافسة حذوها من خلال سلسلة Radeon RX 6000. (راجع مراجعتنا للرائد Radeon RX 6800 XT.)

باختصار ، استغرق الأمر وقتًا طويلاً لتتبع الأشعة لدخول مشهد الألعاب لأن موارد الحوسبة لسحبه كانت بعيدة المنال بأسعار تسمح بالتبني السائد. من المؤكد أن تكلفة الدخول لا تزال مرتفعة نسبيًا - لم تقدم أي من AMD ولا Nvidia حتى الآن بطاقة رسومات سطح المكتب منخفضة الجودة مع تتبع شعاع الأجهزة. في الوقت الحالي ، بطاقة الفيديو "مستوى الدخول" القادرة على تتبع الأشعة في الأجهزة هي GeForce RTX 2060 ، والتي تم إطلاقها في عام 2019 بميزانية غير متوقعة تبلغ 349 دولارًا وتباع بشكل يزيد عن ذلك من معظم المصادر هذه الأيام ، بسبب ارتفاع الطلب على بطاقات الفيديو (وانخفاض العرض منها).

مراجعة إصدار مؤسسي Nvidia GeForce RTX 3070

مراجعة إصدار مؤسسي Nvidia GeForce RTX 3080

مراجعة AMD Radeon RX 6800 XT

لا يزال ، في بعض النقطة ، ستستقر الأسعار. والمشهد مهيأ لاستمرار التبني السائد ، لا سيما منذ أن انضمت أحدث أجهزة الألعاب إلى الحزب.

تحسينات مرئية باستخدام تتبع الشعاع

من المهم أن ندرك أن تتبع الأشعة قد وضع قدمه فقط في باب رسومات الألعاب. هذا بسبب عرض كامل اللعبة في تتبع الأشعة في الوقت الفعلي لا تزال تتجاوز بكثير قدرات أجهزة اليوم. الألعاب التي تدعم تتبع الأشعة تستخدمه فقط لتأثيرات معينة ، خاصة تلك المتعلقة بالظلال والإضاءة ، بينما لا يزال كل شيء آخر منقوشًا.

أولاً ، كتاب تمهيدي سريع عن المصطلحات. تستخدم بطاقات Nvidia التي تحمل علامة RTX التجارية - GeForce RTX 2060 أو RTX 3080 ، على سبيل المثال - تطبيقًا خاصًا لعرض الرسومات تشير إليه Nvidia على نطاق واسع باسم "RTX". هذا التنفيذ يمكن استخدم DirectX 12 ، وبشكل أكثر تحديدًا DirectX Raytracing API (DXR) لعرض مسارات الضوء في محرك اللعبة.

DXR ، في الوقت نفسه ، عبارة عن واجهة برمجة تطبيقات تتبع الأشعة يمكن أن تعمل بشكل مستقل عن أجهزة Nvidia ، أو بالاشتراك معها. على سبيل المثال ، عرض مطورو اللعبة Crysis عرضًا توضيحيًا لمحرك Crytek الخاص بهم قبل عدة سنوات والذي قام بتشغيل انعكاسات تتبع الأشعة على بطاقة سلسلة AMD Radeon RX 5000 (وحدة معالجة الرسومات بدون نوى RT على متنها) ، على الرغم من أن الأداء كان بطيئًا بشكل متوقع . إذا كنت ستقوم بتشغيل نفس العرض التوضيحي على بطاقة AMD Radeon RX 6000 Series ، كاملة مع نوى RT على متن الطائرة ، فستعالج مشهد DXR بشكل أسرع.

تساعد نوى RT (المتخصصة في تحليل رياضيات الأشعة الضوئية) أي بطاقة رسومات ، تحمل علامة AMD أو Nvidia ، على تشغيل DXR بشكل أسرع ، لكن DXR لا يحتاج إلى نوى RT لتشغيلها.

دعونا نرى كيف يمكن لتتبع الأشعة تحسين اللعبة بصريًا. التقطت أزواج لقطات الشاشة التالية في لعبة Shadow of the Tomb Raider من Square Enix للكمبيوتر الشخصي ، والتي تدعم ظلال تتبع الأشعة على بطاقات رسومات Nvidia GeForce RTX. على وجه التحديد ، انظر إلى الظلال على الأرض.

إليك إقران آخر لمشاهد من Shadow of the Tomb Raider ...

ودعونا نلقي نظرة على المجموعة النهائية ...

تعتبر الظلال التي يتم تتبعها بالأشعة أكثر نعومة وواقعية مقارنة بالإصدارات النقطية الأكثر قسوة. يختلف ظلامها اعتمادًا على مقدار الضوء الذي يحجبه الكائن وحتى داخل الظل نفسه ، بينما يبدو أن التنقيط يمنح كل كائن حافة صلبة. لا تزال الظلال النقطية لا تبدو سيئة ، ولكن بعد لعب اللعبة بظلال تتبع الأشعة ، من الصعب العودة إليها.

حاليًا ، يعد دعم تتبع الشعاع في الألعاب أمرًا مستقطبًا إلى حد ما لأنه يجب تنفيذ الميزة بشكل منفصل لبطاقات AMD و Nvidia. تدعم المزيد من الألعاب بطاقات Nvidia بشكل أساسي لأن Nvidia كانت الوحيدة التي تنتج بطاقات رسومات قادرة على تتبع الأشعة حتى عام 2020 ، ولكن المزيد من الألعاب بدأت في دعم كلتا النكهات. تتضمن أمثلة هذا الأخير Cyberpunk 2077 و Dirt 5 و Godfall و World of Warcraft:Shadowlands.

موصى به بواسطة محررينا

تتبع الشعاع:تأثير الأداء

عندما يتعلق الأمر برسومات الكمبيوتر ، كل شيء يأتي بسعر ، والأشياء المرئية لتتبع الأشعة ليست استثناء. يؤدي تمكينه عمومًا إلى عقوبة أداء تختلف في تأثيرها من لعبة إلى أخرى.

لنأخذ ، على سبيل المثال ، المعيار المدمج في لعبة Shadow of the Tomb Raider. قمت بتشغيله على سطح مكتب جاهز للألعاب مع معالج AMD Ryzen 9 5900X ، وبطاقة رسومات GeForce RTX 3080 ، وذاكرة 32 جيجابايت. الأرقام المعروضة أدناه ، التي تم اختبارها بدقة اثنين ، هي متوسط ​​الإطارات في الثانية (fps). مطلوب ما لا يقل عن 60 إطارًا في الثانية للعب بسلاسة.

تعد نتائج الأداء المكونة من رقمين من تتبع الشعاع مهمة ، ولاحظ أن هذا يتم مع تشغيل ميزة DLSS المحسنة للأداء. DLSS هي ميزة خاصة بـ Nvidia مدعومة في ألعاب معينة يمكن أن تساعد في تقليل التأثير على معدلات الإطارات للحمل الحسابي لتتبع الأشعة. (لمزيد من المعلومات حول DLSS ، راجع ميزتنا التي تختبر DLSS 2.0 من Nvidia:معدلات إطارات أعلى مجانًا؟) تُظهر DLSS وعدًا كبيرًا ، ولكن يجب أن تدعمها اللعبة. بينما يكتسب زخمًا هذه الأيام (يفتح في نافذة جديدة) ، فإن الدعم له بعيد كل البعد عن كونه عالميًا.

تذكر أن مقايضة الأداء هذه تأتي فقط من تطبيق تأثيرات الظل والإضاءة ، لذا فإن تقنية اليوم لا تزال بعيدة جدًا عن استخدام تتبع الأشعة لتقديم لعبة كاملة. ومع ذلك ، فإن نتائج الأداء هي أسوأ سيناريو في هذه الحالة ، نظرًا لأن هذه اللعبة تحتوي على إعدادات ظل تتبع الأشعة مع تأثير سلبي أقل على الأداء.

تحسين اللعبة يستحق الذكر. سيتعلم المطورون بلا شك تحسين تتبع الشعاع بشكل أفضل مثلما فعلوا مع التنقيط ، لذلك يجب أن يصبح من الممكن الحصول على المزيد من تأثيرات تتبع الأشعة من الأجهزة الحالية. (مرة أخرى ، انظر إلى المدى الذي وصلت إليه عملية التنقيط).

مراجعة World of Warcraft:Shadowlands (لأجهزة الكمبيوتر)

مراجعة Cyberpunk 2077 (لأجهزة الكمبيوتر)

مراجعة Shadow of the Tomb Raider (للكمبيوتر الشخصي)

DLSS هو أحد الأساليب التي ستساعد أيضًا ، ونتوقع تحسين وتوسيع DLSS مع مرور الوقت. تعمل AMD أيضًا على البديل الخاص بها لتوفير الأداء على غرار DLSS ، والذي يطلق عليه اسم "الدقة الفائقة". يتم تطوير Super Resolution بالتعاون مع فريق DirectML من Microsoft (اختصار ML لـ "التعلم الآلي"). ومع ذلك ، تقول AMD إن التكنولوجيا لا تزال بعيدة المنال ، ومن المحتمل ألا نرى أي ألعاب تعمل بها حتى عام 2022 على أقرب تقدير.

مستقبل Ray-Traced:اكتساب القوة ببطء

على الرغم من التطبيقات المحدودة لتتبع الأشعة في ألعاب اليوم ، فهي موجودة لتبقى. كانت الكتابة على الحائط منذ أن اتبعت AMD Nvidia من خلال تقديم بطاقات رسومات Radeon مع دعم تتبع أشعة الأجهزة. يدعم تتبع شعاع الأجهزة في Xbox Series X و PlayStation 5 محركات أخرى تشير إلى المنزل.

في هذه الملاحظة ، تم اختيار اعتماد تتبع الأشعة للاعبين في وحدة التحكم. تم تصميمه أيضًا للاعبين على أجهزة الكمبيوتر الذين يشترون بطاقات رسومات حديثة متوسطة إلى عالية الجودة ، حيث تدعم جميع الطرز الحديثة تتبع أشعة الأجهزة ، ولكن يبقى السؤال ما إذا كان يجب ترقية اللاعبين الذين لديهم بطاقات رسومات أقدم أو منخفضة النهاية ، أم أولئك الموجودين في السوق يجب المهر حتى.

باختصار ، ليس هناك ضرورة للاستثمار في بطاقة رسومات تدعم تتبع أشعة الأجهزة إلا إذا حددت أن الاختلافات المرئية تستحق المال. يوفر تتبع الشعاع حاليًا القليل من المزايا الأخرى للألعاب ، لذا فهو يتلخص في الاستمتاع البسيط.

إن التوافر المحدود الحالي وأسعار بطاقات الرسوم المرتفعة تجعل تتبع الشعاع استثمارًا أكبر مما ينبغي ، لذلك ما لم تكن محظوظًا بما يكفي للحصول على بطاقة GeForce RTX أو Radeon RX 6800 ، فقد يكون من المنطقي الاستمرار في تتبع الأشعة. قائمة الرغبات واستخدم النقود للألعاب. يمكن أن تعمل هذه الإستراتيجية بشكل أفضل على المدى الطويل ، حيث ستتمكن من إعادة تجربة أي لعبة اشتريتها والتي أضافت دعم تتبع الأشعة أثناء الانتظار.