لماذا يعد تتبع المسار أفضل من تتبع الأشعة لمرئيات الألعاب

أحدث تتبع الأشعة في الوقت الفعلي في الألعاب ضجة منذ أن أطلقت Nvidia بطاقات سلسلة RTX 20 الخاصة بها في عام 2018. وما كان أكثر من مجرد وسيلة للتحايل، في البداية، تطور تدريجيًا إلى ميزة يبحث عنها اللاعبون باستمرار في ألعابهم المفضلة. في الآونة الأخيرة، أحدث الجدل حول تتبع المسار مقابل تتبع الشعاع موجات، حيث يعرض الأول صورًا أكثر تقدمًا وواقعية من الأخير. مع بضع سنوات أخرى وأجيال من وحدات معالجة الرسومات، قد يصبح تتبع المسار أخيرًا هو الاتجاه السائد.

لعِلمِكَ: هل تخطط لبناء ألعاب متطورة؟ تحقق من أفضل أجزاء أجهزة الكمبيوتر المخصصة للألعاب لإعداد جهاز الكمبيوتر الخاص بك لعام 2024.

التنقيط وتتبع الأشعة وتتبع المسار

دعونا نحلل تتبع المسار مقابل تتبع الأشعة لنرى سبب الحاجة إليهما في رسومات الألعاب.

تقليديًا، يستخدم المطورون تقنية تسمى التنقيط لعرض صور الألعاب. التنقيط هو ترجمة الأشكال المتجهة الرياضية إلى وحدات بكسل بحيث يمكن عرضها على شاشات الكمبيوتر وغيرها من شاشات العرض المستندة إلى وحدات البكسل (على عكس شاشات CRT الأقدم).

من المسلم به أن التنقيط كان فعالاً جدًا في تقريب سلوك الضوء في العالم الحقيقي باستخدام الإضاءة “المقدمة مسبقًا” مع مصادر الضوء الثابتة. ولكن مع تزايد الطلب على صور الألعاب الواقعية – إلى جانب التكنولوجيا اللازمة لتشغيلها – أصبح تتبع الأشعة في الوقت الفعلي متاحًا للاعبين أخيرًا.

على عكس التنقيط، يحاول تتبع الشعاع محاكاة سلوك الضوء في العالم الحقيقي في كل إطار من اللعبة أو التطبيق. نظرًا لأن الضوء يمكن أن ينعكس أو ينكسر أو يتم امتصاصه بعد التفاعل مع كائنات متعددة في الواقع، يتم حساب نفس سلوك أشعة الضوء لكل بكسل في الإطار. وهذا يعادل حساب سلوك ملايين الأشعة المحاكاة لإطار واحد فقط. هذا هو السبب في أن تتبع الشعاع ثقيل جدًا من الناحية الحسابية.

تتبع الأشعة في حد ذاته ليس شيئًا جديدًا. تم تطوير تقنية تتبع الأشعة في عام 1969، وقد تم استخدامها في استوديوهات الأفلام بدرجات متفاوتة منذ السبعينيات. لكن هوليوود تتمتع برفاهية “العرض المسبق” لكل إطار من الفيلم باستخدام “مزارع العرض” التي قد تستغرق أحيانًا أسابيع لعرض مشهد واحد بتتبع الأشعة.

يختلف تتبع الأشعة في الوقت الفعلي في الألعاب، حيث يحتاج إلى إجراء هذه العملية الحسابية المعقدة في بيئة متغيرة ديناميكيًا لكل إطار على حدة. وهذا أيضًا هو السبب وراء استخدام معظم ألعاب تتبع الشعاع – حتى عند استخدام تسريع الأجهزة لوحدات معالجة الرسومات الحديثة – فقط لعنصر أو عنصرين من تتبع الشعاع مع التنقيط، مثل انعكاسات تتبع الشعاع أو الظلال.

والآن نأتي إلى تتبع المسار. يعد تتبع المسار في جوهره مجرد نسخة معدلة من تتبع الشعاع. بدلاً من تتبع مسار كل شعاع ضوئي – سواء كانت الأشعة الأولية أو المرتدة (الثانوية) – يقوم تتبع المسار فقط بحساب المسار الأكثر احتمالاً الذي سيتخذه الضوء عند إطلاقه عبر مشهد ما.

يحتاج تتبع المسار، الذي تم تصوره في الثمانينيات، إلى عمليات حسابية أكثر تعقيدًا تتضمن أشعة متعددة لكل بكسل واحد، ولكن في النهاية، يؤدي ذلك إلى انخفاض الحمل على أجهزة العرض، أي وحدة معالجة الرسومات الخاصة بك. تتبع المسار هو تقريب لتتبع الشعاع باستخدام محاكاة مونت كارلو – نماذج الاحتمالية التي تساعد على التنبؤ بالنتائج الأكثر احتمالا في المواقف التي يكون فيها التنبؤ الدقيق صعبا.

هناك أشكال أخرى من تتبع الشعاع، مثل رسم خرائط الفوتون (تم تطويره في عام 2001)، وهي تقنية إضاءة عالمية من خطوتين. تستخدم الخطوة الأولى أشعة الضوء في جميع أنحاء المشهد لإنشاء خريطة فوتون تحتوي على بيانات اللون والإضاءة، والخطوة الثانية تعرض المشهد في الوقت الفعلي، باستخدام خريطة الفوتون المعالجة مسبقًا. يمكن لرسم خرائط الفوتون أن يقلل من الناحية الفنية عبء العرض بشكل أكبر، ولكنه معقد للغاية وعرضة لبعض الأعمال الفنية عندما تكون هناك أجهزة أقل قوة.

يبدو تتبع المسار أفضل من تتبع الأشعة

إذا كان تتبع المسار يقترب فقط من تأثير تتبع الشعاع، فلماذا يكون أفضل؟ ألا ينبغي أن تكون النتيجة أقل شأنا من تتبع الأشعة؟

لا، إن الجدل حول تتبع المسار مقابل تتبع الشعاع أكثر دقة قليلاً. لقد ثبت أن تتبع المسار – الذي يُطلق عليه أحيانًا تتبع الأشعة الكاملة – ينتج إضاءة أكثر واقعية في الألعاب. الألعاب الأخيرة مثل سايبربانك 2077 و آلان ويك 2 لقد عرضنا الشكل الذي يمكن أن يبدو عليه تتبع الأشعة الكامل (بمساعدة تتبع المسار).

لقد تم تنفيذ تتبع المسار في العناوين القديمة مثل الزلزال 2، البوابة، مخطوطات الشيخ الخامس: Skyrim، و نصف الحياةوتحويلها من الرسومات القديمة إلى العروض التكنولوجية.

يمكن أن ينتج عن تتبع المسار إضاءة أكثر واقعية نظرًا لعينة البيانات الأكبر التي يمكنه الوصول إليها. على عكس تتبع الشعاع، يقوم تتبع المسار بإطلاق أشعة ضوئية متعددة لكل بكسل في المشهد، وأخذ عينات من حفنة منها للوصول إلى الإخراج النهائي. وهذا يمكّن الخوارزمية – بمساعدة تقليل الضوضاء، بفضل DLSS من Nvidia – من إنتاج ظلال وانعكاسات وإضاءة عالمية أكثر تحديدًا.

يعد تتبع المسار أسهل من الناحية الفنية على وحدات معالجة الرسومات

على الرغم من الحسابات الأكثر تعقيدًا، وتقليل الضوضاء، وخداع الذكاء الاصطناعي في تتبع المسار، إلا أن الأمر ينتهي إلى أن يكون أسهل على وحدات معالجة الرسومات – على الأقل من الناحية النظرية.

الألعاب التي تم تطويرها من الألف إلى الياء باستخدام تتبع المسار ستستفيد أكثر من هذا الحمل الأقل. لم يكن هذا هو الحال في كثير من الأحيان. تم تقديم تتبع المسار في العديد من الألعاب كتحديث، بعد سنوات من الإصدار الأصلي.

حتى آلان ويك 2، التي تدعي Nvidia أنها “لعبة تتبع الأشعة بالكامل”، لا تستخدم تتبع المسار بشكل عام. إنها مختلفة، حيث تبدو مذهلة حتى بدون ذلك، كونها واحدة من أفضل الألعاب على PS5 أيضًا.

بالطريقة التي تسير بها الأمور الآن، يصعب تشغيل مثل هذه العناوين بمعدلات إطارات قابلة للتشغيل، حتى مع أحدث وحدات معالجة الرسومات. تحتاج سلسلة RTX 40 من Nvidia إلى استخدام مجموعة من ميزات الذكاء الاصطناعي فقط لعرض هذه الألعاب بدقة أقل وترقيتها للحصول على نتائج مقبولة.

ولكن، في غضون سنوات قليلة أخرى، مع إحداث الذكاء الاصطناعي في الألعاب ثورة في صناعة الألعاب، ستصبح تطبيقات تتبع المسار أسهل بكثير على وحدات معالجة الرسومات السائدة.

جيد ان تعلم: أعجب مع PS5؟ تتطابق وحدات معالجة الرسومات هذه مع جهاز PS5 أو تتفوق عليه.

تتبع المسار ليس تقنية جديدة

منذ العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، تم استخدام تتبع المسار من قبل استوديوهات الأفلام، مثل ديزني وسوني، لعرض أفلام الرسوم المتحركة مع تتبع المسار الكامل. كانت هذه النظرية سليمة منذ الثمانينيات، والآن أصبح تتبع المسار في الوقت الفعلي أحد الألعاب الشائعة، وإن كانت ثقيلة للغاية، ليتمكن الناس من رؤيتها تحدث أمام أعينهم.

لا يعد تتبع المسار تقنية جديدة جذريًا ستستغرق وقتًا طويلاً لتنتقل إلى المزيد من الألعاب والأجهزة ذات الأسعار المعقولة. وبينما تتنافس شركات مثل Nvidia وAMD وIntel لتحسين وحدات معالجة الرسومات الخاصة بها والاستثمار في خوارزميات الذكاء الاصطناعي المتقدمة، فإن تتبع المسار سيصبح أكثر انتشارًا في الألعاب بالإضافة إلى الوسائط الأخرى. وهذا سيحدث عاجلاً وليس آجلاً.

جيد ان تعلم: تفكر في ترقية GPU؟ اكتشف ما إذا كانت وحدة معالجة الرسومات Intel Arc مناسبة للألعاب.

سيعمل كل من تتبع الشعاع وتتبع المسار والتنقيط معًا

على الرغم من تقدمه وإبهاره مثل تتبع المسار، إلا أنه لا يزال غير قادر على القيام بكل شيء بشكل مثالي. أكبر ميزة لها تتمثل في الوصول إلى المزيد من البيانات هي أيضًا أكبر عيب لها.

لا يزال تتبع الشعاع متفوقًا في الحالات التي تكون فيها البيانات المتاحة صغيرة (مثل الأبراج المحصنة المظلمة) أو في حالة الأسطح العاكسة والانكسارية (مثل المسطحات المائية أو الزجاج). هذا هو السبب في أن سباقات الأشعة لن تختفي فجأة من المشهد مع ظهور تتبع المسار في الألعاب.

من المرجح أن يستخدم المطورون، كما هو الحال دائمًا، مجموعة من تقنيات العرض لإنتاج المشهد الأكثر واقعية في أي موقف. ومن ثم، فإن كلاً من تتبع الأشعة وتتبع المسار، جنبًا إلى جنب مع التنقيط، سيعملان معًا على تشغيل الألعاب في المستقبل القريب.

كل بضع سنوات، تظهر تكنولوجيا جديدة في الأخبار، حيث تعد بجعل الألعاب أكثر واقعية من أي وقت مضى. أولاً، كان هناك تظليل، ثم التغطية بالفسيفساء، يليها تتبع الشعاع، والآن، تتبع المسار. لكن هذه التقنيات تؤثر أيضًا بشكل كبير على أداء الألعاب. إذا كنت تشعر أن جهاز الكمبيوتر الحالي الخاص بك غير قادر على الاستفادة من تقنيات العصر الجديد في الألعاب، فقد تحتاج إلى شراء وحدة معالجة رسومات جديدة. آمل فقط أنه بينما ننتظر ألعاب المستقبل التي يتم تتبع المسار بالكامل، ستصبح وحدات معالجة الرسومات المستقبلية أيضًا في متناول اللاعب العادي.

نصيحة: تجميع جهاز كمبيوتر مخصص للألعاب؟ تجنب أخطاء بناء أجهزة الكمبيوتر المخصصة للألعاب.

رصيد الصورة: عرض عن قرب لبطاقة GPU حديثة مع دائرة بواسطة DepositPhotos

بعد 7 سنوات من العمل في الشركة، وجد تنوير أن حبه للكتابة والتكنولوجيا لا يمكن مقاومته. حاصل على ماجستير إدارة الأعمال في التسويق وصاحب شركة لبناء أجهزة الكمبيوتر، وهو يكتب عن أجهزة الكمبيوتر والتكنولوجيا وألعاب الفيديو ونظام التشغيل Windows. عندما لا يبحث في الويب عن أفكار، يمكن العثور عليه وهو يبني أجهزة كمبيوتر، أو يشاهد الرسوم المتحركة، أو يلعب Smash Karts على جهاز RTX 3080 الخاص به (تنهد).