فناوری Path tracing چیست؟ پث ترسینگ و آینده صنعت گیم

یکی از موضوعات همیشگی که در دنیای بازی‌ها وجود دارد و با‌ عرضه شدن سخت‌افزارها و کنسول‌های جدید با جدیت بیشتری دنبال می‌شود، صحبت درباره‌ی واقع‌گرایی گرافیکی بازی ها است. بسیاری از بازی‌سازها دائماً در تلاش هستند تا آثاری واقعی‌تری خلق کنند که گرافیک آن‌ها عملاً از جلوه‌های جهان پیرامون ما قابل تمایز نباشد و تعداد زیادی از آن‌ها هم در این زمینه موفق بوده‌اند. تکنولوژی‌های نورپردازی به عنوان یکی از جنبه‌های مهم و اساسی در طراحی بازی‌های ویدیویی برای واقعیت پذیرتر کردن آنها مطرح می شود. از جمله این تکنولوژی‌ها می‌توان به فناوری path tracing اشاره کرد. این تکنولوژی‌ها به طور مستقیم بر تجربه کاربری در بازی‌های ویدیویی تأثیر می‌گذارند و می‌توانند کیفیت و واقعیت تصاویر را بهبود بخشند. در این مقاله از تکنوسان مگ به معرفی و بررسی عملکرد فناوری path tracing و تفاوت path tracing با ray tracing خواهیم پرداخت؛ با ما همراه باشید.

فناوری Path tracing چیست؟

شرکت NVIDIA در کنفرانس GDC با رونمایی از فناوری Path Tracing که به نوعی فناوری پیشرفته تر Ray tracing است، در زمینه طراحی بازی های کامپیوتری یک قدم بزرگ برداشته و از این فناوری به عنوان بزرگ‌ترین پیشرفت در زمینه پردازش گرافیکی هم‌زمان در سال‌های اخیر نام برده است. تکنیک‌های قبلی ری تریسینگ به طور جداگانه فرایند پردازش سایه‌ها، بازتاب‌ها و روشنایی‌ را انجام می‌دهند اما فناوری پث تریسینگ روشی مدرن‌تر برای مدل‌سازی نورپردازی پویا و لحظه‌ای در یک صحنه است. تصاویری که با این فناوری پردازش شده‌اند در نوع خود شگفت انگیز هستند و دقت گرافیکی آنها به‌ مراتب بیشتر از فناوری ری تریسینگ است. این فناوری که در اواسط دهه 1980 توسعه یافت و سازندگان آن تلاش زیادی برای ارائه عملکردی متفاوت را انجام دادند.

برای سال‌ها تصور استفاده از فناوری path tracing در بازی‌ها غیرممکن به نظر می رسید. در حالی که بسیاری از توسعه دهندگان بازی های کامپیوتری موافقت کردند که اگر عملکرد لازم برای real-time graphics را داشته باشد، می توانند از path tracing استفاده کنند. در آن زمان عملکرد real-time graphics آنقدر دور از دسترس به نظر می رسید که فناوری path tracing غیرقابل دستیابی بود.

از آنجایی که پردازنده‌های گرافیکی سریع‌تر و سریع‌تر می شدند، و اکنون با توجه به در دسترس بودن سخت‌افزار RTX به صورت گسترده، فناوری پث تریسینگ دیگر دور از دسترس نبود. درست همانطور که فیلم‌ها قبل از path tracing با ray tracing شروع به ترکیب برخی از تکنیک‌های ردیابی پرتو کردند، بازی‌ها استفاده از فناوری ری ترسینگ را به روشی محدود شروع کرده بودند. بر اساس گفته های شرکت انویدیا، ارائه کارت گرافیک های RTX، استفاده از Path Tracing در بازی‌های ویدیویی ممکن کرده است.

عملکرد فناوری path tracing 

عملکرد فناوری Path Tracing در حقیقت به این صورت است که مسیر نور در یک محیط را به واسطه الگوریتم قدرتمندی مشخص می‌کند و در نهایت تصاویر را واقعی با جلوه‌های بصری شفاف و پر جزئیات نشان می دهد تا واقعیت‌گرایی به اوج برسد.

شاید استفاده از این روش برای واقعیت گرایی بسیار پیچیده به نظر برسد اما نتیجه نهایی، رندر آسان‌تری را به همراه دارد زیرا به جای ردیابی تک تک پرتوها از پیکسل به منبع، تنها نمونه‌ای از آن پرتوها را بر اساس محتمل‌ترین مسیری که نور طی می‌کند، ردیابی می‌کند. این در حالیه که هر چقدر نمونه ها بزرگتر باشند فشار بیشتری روی پردازنده گرافیکی‌ که در حال رندر کردن صحنه فیلم یا بازی است ، وارد می‌شود اما در عین حال جزئیات بیشتری را نیز به نمایش می گذارد. نمونه‌های کوچک‌تر باعث می‌شوند پث‌ تریسینگ مدیریت‌ پذیرتر شود، اما کیفیت بصری آنها پایین‌تر خواهد بود.

تاثیر پس تریسینگ در بازی

فناوری مدرن به توسعه دهندگان این امکان را داده است تا دنیایی بسازند که هم از نظر وسعت بزرگتر و هم ظاهر بهتری داشته باشند و تعداد زیادی از بازی ها ، تکنیک های رندر پیشرفته مانند ردیابی پرتو استفاده می کنند تا بازی های خود را کاملاً زیبا جلوه دهند. Path Tracing اساساً یک نسخه ارتقا یافته از ray tracing است که به آرامی جای خود را در بازار پیدا می کند و این تکنیک شامل پرتاب دسته ای از پرتوهای نور است که در اطراف صحنه برای ایجاد انعکاس های واقع گرایانه و روشن کردن یک صحنه پرتاب می شوند. با استفاده از این فناوری ها در بازی های همچون 2 Alan Wake و Cyberpunk 2077، کمپانی های بازی سازی توانسته اند جلوه ای واقعی رو به محصولات خود اضافه کنند.

تفاوت پت تریسینگ و ری تریسینگ

از تفاوت های پت تریسینگ و ری تریسینگ می‌توان به رندر کردن صحنه های پر نور در بازی ها اشاره کرد. فناوری پث‌تریسینگ برای صحنه‌های پرنور بسیار کارآمدتر از فناوری ری تریسینگ در نظر گرفته شده، زیرا داده‌های بیشتری برای کار کردن دارد. این در حالیه که ری‌تریسینگ در رندر کردن صحنه‌هایی با سایه‌های زیاد بهتر است، زیرا مسیر واقعی حرکت پرتوهای نور را می‌داند. همانطور که اشاره شد، فناوری ری‌تریسینگ تکنیکی دقیق برای مدل‌سازی نورپردازی لحظه‌ای است، زیرا این فناوری مسیر طبیعی انتشار نور در صحنه را دنبال می‌کند.

اما محاسباتی که توسط آن انجام می شود بسیار زیاد است. با وجود این حجم از محاسبات گاهی اوقات سخت‌افزارهای مدرن هم با وجود تمام امکانات و ویژگی های که دارند، ممکن است در بازی‌هایی که از  ری‌تریسینگ سنگین استفاده می کنند با مشکل مواجه شوند. به همین دلیل است که بسیاری از بازی‌هایی تنها برای بخشی از صحنه مانند سایه ها و بازتاب ها از آن استفاده می‌کنند اما فناوری ری‌تریسینگ ، همچنان جایگاه خود را در بین بازی های کامپیوتری حفظ کرده است. فناوری پث‌ تریسینگ نوعی از نورپردازی پویا است که ظاهری بهتر و فشار کمتری دارد و در مجموع، می‌توان گفت راه‌حل بهتری برای رندر کردن صحنه ها است. اما این فناوری با محدودیت‌هایش می‌توانند منجر به مشکلاتی در ارائه جزئیات بصری شود. همچنین تعداد زیادی از بازی‌ها وجود دارند که در آن‌ها نورپردازی ری‌تریسینگ یا پث‌تریسینگ تاثیر کمی روی تجربه بازی می‌گذارد و این در حالیه که نرخ فریم را نیز پایین می‌آورد.

جمع بندی

در این مقاله از تکنوسان مگ به معرفی فناوری پت تریسینگ (Path Tracing) پرداختیم. همانطور که اشاره کردیم این فناوری مسیر نور در یک محیط را به واسطه الگوریتم قدرتمندی مشخص می‌کند که باعث واقعیت گرایی هر چه بیشتر صحنه ها هنگام نمایش می شود. عملکرد این فناوری در مقایسه با ری تریسینگ که از  تکنیکی دقیق برای مدل‌سازی دارد و مسیر طبیعی انتشار نور در صحنه را دنبال می‌کند ، در برخی زمینه ها همچون محیط های پر نور و قدرت رندر کردن بهتر است. البته با وجود همه‌ی پیشرفت‌ها در استفاده از این فناوری‌ها ، همچنان محدودیت‌هایی در این زمینه وجود دارد؛ محدودیت‌هایی که گاهی باعث می‌شود تا تلاش‌ها برای بهتر کردن کیفیت بازی ها، خیلی مؤثر نباشد یا آنکه حتی نتیجه‌ی عکس بدهد. در آخر هم اگر شما قابلیت دیگری از نحوه عملکرد فناوری path tracing میشناسید ، می توانید در بخش نظرات با ما به اشتراک بگذارید.