تتبع الأشعة هي تقنية إضاءة توفر مستوى إضافيًا من الواقعية للألعاب. إنه يحاكي الطريقة التي ينعكس بها الضوء وينكسر في العالم الحقيقي ، مما يوفر بيئة أكثر تصديقًا مما يُشاهد عادةً باستخدام الإضاءة الثابتة في الألعاب التقليدية. ولكن ما هو تتبع الأشعة بالضبط؟ والأهم كيف تعمل؟
محتويات
- فوتونات افتراضية
- لنكن واقعيين
- الأجهزة خلف الأشعة
- ماذا عن AMD؟
- كيف يمكنك رؤية تتبع الأشعة في المنزل؟
يمكن لبطاقة الرسومات الجيدة استخدام تتبع الأشعة لتحسين الانغماس ، ولكن لا يمكن لجميع وحدات معالجة الرسومات التعامل مع هذه التقنية. تابع القراءة لتقرر ما إذا كان تتبع الأشعة ضروريًا لتجربة الألعاب الخاصة بك وما إذا كان يبرر إنفاق المئات على وحدة معالجة رسومات مطورة.
مقاطع الفيديو الموصى بها
فوتونات افتراضية
لفهم كيفية عمل نظام الإضاءة الثوري لتتبع الأشعة ، نحتاج إلى التراجع و فهم كيف كانت الألعاب تُصدر الضوء سابقًا ، بالإضافة إلى ما يجب محاكاته للحصول على صورة واقعية خبرة.
متعلق ب
- وحدة معالجة الرسومات Nvidia الغامضة هذه هي وحشية مطلقة - وقد حصلنا للتو على نظرة أخرى
- يقع الجيل التالي الأهم من GPU من Nvidia على بعد أقل من أسبوعين
- قد يصل RTX 4060 من Nvidia في وقت أقرب مما كان متوقعًا
تعتمد الألعاب بدون تتبع الأشعة على الإضاءة الثابتة "المخبوزة". يضع المطورون مصادر الضوء داخل بيئة تنبعث منها الضوء بشكل متساوٍ عبر أي عرض معين. علاوة على ذلك ، لا تحتوي النماذج الافتراضية مثل NPCs والكائنات على أي معلومات حول أي نموذج آخر ، مما يتطلب من وحدة معالجة الرسومات (GPU) حساب سلوك الضوء أثناء عملية العرض. يمكن أن تعكس الأنسجة السطحية الضوء لتقليد اللمعان ، ولكن الضوء المنبعث من مصدر ثابت فقط. خذ المقارنة بين تأملات في لعبة GTA Vأدناه كمثال.
بشكل عام ، ساعد تطور GPU في جعل هذه العملية أكثر واقعية في المظهر على مر السنين ، لكن الألعاب لا تزال غير واقعية من حيث انعكاسات العالم الحقيقي والانكسارات والعامة إضاءة. لتحقيق ذلك ، تحتاج وحدة معالجة الرسومات (GPU) إلى القدرة على تتبع أشعة الضوء الافتراضية.
في العالم الحقيقي ، الضوء المرئي هو جزء صغير من عائلة الإشعاع الكهرومغناطيسي التي تدركها العين البشرية. يحتوي على فوتونات تتصرف كجسيم وكموجة. ليس للفوتونات حجم أو شكل حقيقي - لا يمكن إنشاؤها أو تدميرها إلا.
ومع ذلك ، يمكن تحديد الضوء على أنه تيار من الفوتونات. كلما زاد عدد الفوتونات لديك ، زاد سطوع الضوء المدرك. يحدث الانعكاس عندما ترتد الفوتونات عن سطح. يحدث الانكسار عندما تمر الفوتونات - التي تنتقل في خط مستقيم - عبر مادة شفافة ويعاد توجيه الخط أو "ينحني". يمكن اعتبار الفوتونات المدمرة على أنها "ممتصة".
يحاول تتبع الأشعة في الألعاب محاكاة الطريقة التي يعمل بها الضوء في العالم الحقيقي. إنه يتتبع مسار الضوء المحاكي من خلال تتبع ملايين الفوتونات الافتراضية. كلما كان الضوء أكثر سطوعًا ، زاد عدد الفوتونات الافتراضية التي يجب أن تحسبها وحدة معالجة الرسومات ، وكلما زاد عدد الأسطح التي تنعكس وتنكسر وتتشتت من وإلى.
العملية ليست شيئًا جديدًا. استخدمت CGI تتبع الأشعة لعقود من الزمن ، على الرغم من أن العملية تتطلب مجموعات من أجهزة الكمبيوتر في الأيام الأولى لإنشاء فيلم كامل ، نظرًا لأن إطارًا واحدًا قد يستغرق ساعات أو حتى أيامًا ليتم عرضه. الآن ، يمكن لأجهزة الكمبيوتر المنزلية محاكاة رسومات تتبع الأشعة في الوقت الفعلي ، والاستفادة من تسريع الأجهزة وحيل الإضاءة الذكية للحد من عدد الأشعة إلى عدد يمكن التحكم فيه.
إليك ما يلفت الانتباه: مثل أي فيلم أو برنامج تلفزيوني ، عادة ما يتم "تصوير" المشاهد في الرسوم المتحركة CGI باستخدام زوايا مختلفة. لكل إطار ، يمكنك تحريك الكاميرا لالتقاط الحدث ، أو التكبير ، أو التصغير ، أو تحريك منطقة بأكملها. ومثل الرسوم المتحركة ، يجب عليك معالجة كل شيء على أساس إطار بإطار لمحاكاة الحركة. جمّع كل اللقطات معًا ، وستحصل على قصة متدفقة.
في الألعاب ، يمكنك التحكم في كاميرا واحدة تتحرك دائمًا وتغير دائمًا وجهة النظر ، خاصة في الألعاب سريعة الوتيرة. في كل من ألعاب CGI وألعاب تتبع الأشعة ، لا يجب على وحدة معالجة الرسومات فقط حساب كيفية انعكاس الضوء وانكساره في أي مشهد معين ، ولكن يجب أيضًا حساب كيفية التقاطه بواسطة العدسة - وجهة نظرك. بالنسبة للألعاب ، يعد هذا قدرًا هائلاً من العمل الحسابي لجهاز كمبيوتر شخصي أو وحدة تحكم واحدة.
لسوء الحظ ، ما زلنا لا نملك أجهزة كمبيوتر على مستوى المستهلك يمكنها حقًا عرض رسومات تتبع الأشعة عند معدلات عرض إطارات عالية. بدلاً من ذلك ، لدينا الآن أجهزة يمكنها الغش بفعالية.
لنكن واقعيين
إن التشابه الأساسي لـ Ray tracing مع الحياة الواقعية يجعله أسلوب عرض ثلاثي الأبعاد واقعي للغاية ، حتى أنه يصنع ألعابًا ممتلئة الجسم مثل ماين كرافت تبدو قريبة من الصورة الواقعية في الظروف المناسبة. هناك مشكلة واحدة فقط: من الصعب للغاية المحاكاة. إن إعادة إنشاء الطريقة التي يعمل بها الضوء في العالم الحقيقي أمر معقد ويستهلك الكثير من الموارد ، ويتطلب كميات هائلة من القوة الحاسوبية.
هذا هو السبب في أن خيارات تتبع الأشعة الموجودة في الألعاب ، مثل تتبع الأشعة التي تحركها Nvidia بواسطة RTX ، ليست حقيقية. إنها ليست تتبع حقيقي للأشعة ، حيث يتم محاكاة كل نقطة ضوء. بدلاً من ذلك ، تقوم وحدة معالجة الرسومات "بالغش" باستخدام العديد من التقديرات الذكية لتقديم شيء قريب من نفس التأثير المرئي ولكن دون فرض ضرائب على الأجهزة.
Battlefield V: Ray Tracing Cinematic Compilation - GEFORCE COMMUNITY SHOWCASE
تستخدم معظم ألعاب تتبع الشعاع الآن مجموعة من تقنيات الإضاءة التقليدية ، والتي تسمى عادةً التنقيط ، وتتبع الأشعة على أسطح معينة مثل البرك العاكسة والأعمال المعدنية. باتلفيلد الخامس هو مثال رائع على ذلك. ترى انعكاس القوات في الماء ، وانعكاس التضاريس على الطائرات ، وانعكاس الانفجارات عبر طلاء السيارة. من الممكن إظهار الانعكاسات في المحركات ثلاثية الأبعاد الحديثة ، ولكن ليس على مستوى التفاصيل الموضحة في ألعاب مثل باتلفيلد الخامس عندما يتم تمكين تتبع الشعاع.
يمكن أيضًا الاستفادة من تتبع الشعاع للظلال لجعلها أكثر ديناميكية وواقعية. سترى أن استخدام ذلك له تأثير كبير في ظل تومب رايدر.
Shadow of the Tomb Raider: GeForce RTX Real-Time Ray Traced Shadows
يمكن لإضاءة تتبع الأشعة أن تخلق ظلالًا أكثر واقعية في المشاهد المظلمة والساطعة ، مع حواف أكثر نعومة ودقة أكبر. إن تحقيق ذلك المظهر دون تتبع الأشعة أمر صعب للغاية. يمكن للمطورين تزييفها فقط من خلال الاستخدام الدقيق والمراقب لمصادر الإضاءة الثابتة والمعينة مسبقًا. يستغرق وضع كل هذه "أضواء المسرح" كثيراً من الوقت والجهد - وحتى ذلك الحين ، فإن النتيجة ليست صحيحة تمامًا.
بعض الألعاب تذهب في كل مكان وتستخدم تتبع الأشعة للإضاءة العالمية ، وتتبع الأشعة بشكل فعال للمشهد بأكمله. ولكن هذا هو الخيار الأكثر تكلفة من الناحية الحسابية ويحتاج إلى أقوى بطاقات الرسومات الحديثة للتشغيل بفعالية. نزوح المترو يستخدم هذه التقنية ، على الرغم من أن التنفيذ ليس مثاليًا.
خروج المترو: GeForce RTX Real-Time Ray Traced Global Illumination Demo # 2
وبسبب ذلك ، فإن الإجراءات النصفية مثل ظلال تتبع الأشعة فقط أو الأسطح العاكسة شائعة. تستفيد الألعاب الأخرى من تقنيات Nvidia مثل تقليل الضوضاء و التعلم العميق لأخذ العينات الفائقة لتحسين الأداء والتغطية على بعض الفواق البصري الذي يحدث من تقديم عدد أقل من الأشعة مما هو ضروري لإنشاء مشهد حقيقي تتبع الأشعة. لا تزال هذه الصور محفوظة في لقطات الشاشة والأفلام المعروضة مسبقًا ، حيث يمكن للخوادم عالية الطاقة قضاء أيام في عرض إطارات فردية.
الأجهزة خلف الأشعة
للتعامل حتى مع هذه التطبيقات المتواضعة نسبيًا لتتبع الأشعة ، قدمت بطاقات الرسومات من سلسلة RTX 20 من Nvidia أجهزة مصممة خصيصًا لتتبع الأشعة.
الآن ، تدعم جميع بطاقات RTX تتبع الأشعة ، ولدى أحدث وحدات معالجة الرسومات RTX 40-series طريقة أخرى لخداع الأداء. SER ، أو إعادة ترتيب تنفيذ Shader، متاح في RTX 4090 و RTX 4080 ، وتقول Nvidia إن بإمكانها تعزيز الأداء بنسبة 25٪ في الألعاب باستخدام تتبع الأشعة. إنه يعمل عن طريق إعادة الترتيب عند معالجة تعليمات تتبع الشعاع بواسطة وحدة معالجة الرسومات ، مما يؤدي إلى تحسين مهمة الطاقة الحسابية المتاحة.
على الرغم من أن الأيام الأولى لتتبع الأشعة كانت صعبة ، إلا أن بطاقات Nvidia الحديثة كانت أفضل أداءً. مع SER في الجيل التالي ، جنبًا إلى جنب مع DLSS 3 ، قد نرى تتبعًا للأشعة لا يؤدي إلى خفض معدل الإطارات لديك.
NEON NOIR: انعكاسات تتبع شعاع في الوقت الحقيقي - يتم تحقيقها باستخدام CRYENGINE
تتبع شعاع Nvidia الطريقة ليست الخيار الوحيد المتاح ، رغم ذلك. هناك أيضًا تأثيرات ما بعد المعالجة Reshade "تتبع المسار" التي تقدم مرئيات قابلة للمقارنة دون أي شيء مثل نفس نتيجة الأداء.
Skyrim SE 2019 - RAY TRACING - RT Shader من Marty McFly - Ultra Modded - 4k
AMD لديها خيارات لتتبع الأشعة الآن أيضًا ، والتي سننتقل إليها بعد ذلك.
ستظل تريد ملف بطاقة رسومات قوية لتتبع الأشعة بغض النظر عن التنفيذ ، ولكن مع انتشار التقنية مع مطوري الألعاب ، قد نرى مجموعة أوسع من الأجهزة الداعمة بأسعار معقولة.
ماذا عن AMD؟
كافحت AMD على مدار السنوات القليلة الماضية لتقديم تتبع للأشعة تسريعًا للأجهزة ، لكن ذلك تغير مع إطلاق RX 6800 و 6800 XT و 6900 XT. تتميز هذه البطاقات الجديدة بدعم تتبع الأشعة DirectX 12 وتقدم أداءً ممتازًا ، حتى لو لم تكن AMD على مستوى Nvidia في قسم تتبع الأشعة (اقرأ لدينا RX 6800 XT مقابل RTX 3080 و RX 6900 XT مقابل RTX 3090 مقارنات للمزيد).
هذا بالكاد يشكل مفاجأة ، بالنظر إلى العمارة الكبيرة نافي إن تشغيل بطاقات AMD's RX 6000 هو إلى حد كبير الجيل الأول من تسريع تتبع الأشعة. إنها نفس البنية التي تدعم العناصر المرئية في PlayStation 5 و Xbox Series X.، تلبي مستوى أدنى من الأداء بشكل عام مقارنة ببطاقات Nvidia الرئيسية. ومع ذلك ، نظرًا لأن تتبع الأشعة ميزة بارزة في وحدات التحكم من الجيل التالي ، فإننا نتوقع دعمًا وتحسينات أفضل للمضي قدمًا. في المستقبل القريب ، سنرى ظهور دقة AMD FidelityFX الفائقة (FSR) لأجهزة الكمبيوتر المخصصة للألعاب وأيضًا أحدث إصدارات Microsoft Xbox.
كيف يمكنك رؤية تتبع الأشعة في المنزل؟
ستحتاج إلى بطاقة رسومات حديثة - ومكلفة - لمشاهدة تتبع الأشعة في المنزل. لا يتوفر تتبع الأشعة المعجل بالأجهزة إلا في وحدات معالجة الرسومات Nvidia RTX أو على وحدات معالجة الرسومات RX 6000 من AMD. تدعم بطاقات GTX 10-series و 16-series تتبع الأشعة ولكنها تفتقر إلى أنوية RT لجعلها مريحة للعب.
إذا كنت تتوقع اللعب بدقة أعلى من 1080 بكسل وبمعدلات إطارات تبلغ 60 إطارًا في الثانية أو أكثر ، فإن أفضل رهان لك هو التفاخر للحصول على أفضل بطاقة رسومات. بدقة 4K ، تعد كل من RTX 3080 و RX 6800 XT هي البطاقات المميزة ، ولكن يمكنك الحصول عليها من خلال RTX 3070 أو RX 6800 إذا كنت على استعداد للانتقال إلى 1440p في عناوين معينة.
هناك مجموعة محدودة من الألعاب التي تدعم تتبع الأشعة ، ولكن العدد آخذ في الازدياد. تتضمن أفضل الأمثلة لتتبع الشعاع العروض التوضيحية المبكرة لـ RTX ، مثل باتلفيلد الخامس, ظل تومب رايدر، و نزوح المترو. المزيد من الألعاب الحديثة مثل يتحكم و MechWarrior 5: المرتزقة تبدو مقنعة أيضًا. ابق في الضوء هي لعبة رعب مستقلة مبنية باستخدام ظلال وانعكاسات تتبع الأشعة. المحسن الزلزال الثاني مع تتبع الأشعة RTX مثال رائع آخر.
يوجد عدد أقل من ألعاب تتبع الأشعة في السوق ، لكن الصناعة تنمو. مثل بلاي ستيشن 5 و اكس بوكس اكس بوكس اكس بدء الإعلان عن تتبع الأشعة ، وسيتبعها المنافسون قريبًا. لعبة متعددة المنصات مشاهدة الكلاب 2 يختلف عن الجديد مشاهدة الكلاب: Legion، حيث بدأت اللعبة الجديدة في تتبع الأشعة للعمل على وحدات التحكم وأجهزة الكمبيوتر.
جرب استخدام تتبع الأشعة في ميناء UL Benchmark لتحديد ما إذا كان جهاز الكمبيوتر الخاص بك سيعمل مع تتبع الأشعة.
توصيات المحررين
- حتى شركاء Nvidia لا يؤمنون بـ RTX 4060 Ti الجديد
- قد لا تكون RTX 4060 من Nvidia مخيبة للآمال بعد كل شيء
- كيفية تحويل أشرطة VHS إلى أقراص DVD أو Blu-ray أو رقمية
- قد تسحق AMD Nvidia بوحدات معالجة رسومات الكمبيوتر المحمول - لكنها صامتة على واجهة سطح المكتب
- مقابل Nvidia RTX 4060 Ti مقابل. RTX 4070: مقارنة وحدات معالجة الرسومات متوسطة المدى من Nvidia
