ری تریسینگ (Ray Tracing) یا همان رهگیری پرتو در واقع یک فناوری قدیمی، اما در حال گسترش است که در آن نور و سایه طوری با هدف واقع گرایانه تر به نظر رسیدن تصاویر، رندر می شوند. در بازی های مدرن، نور مهم ترین عنصر تصویر می باشد. از این رو هیچ چیز شگفت انگیزتر از فناوری رهگیری پرتو نیست. تا همین اواخر کارت های گرافیکی یا کنسول های بازی، هر وقت نیاز به ساخت تصاویری برای ارسال به صفحه نمایش داشتند، از روش Rasterization یا همان شطرنجی سازی استفاده می کردند. در این روش گرافیک های سه بعدی به پیکسل های دو بعدی تبدیل می شوند و سپس سایه زن ها (Shader) شروع به اعمال نور می کنند. رهگیری پرتو یک رویکرد جایگزین است که اجرای آن در حال حاضر به سخت افزار بیشتری نیازمند است. اما عملا می تواند با رهگیری هر پرتوی نور مجازی، جلوه های بصری چشم گیری ایجاد کند.
رهگیری پرتو یعنی چه؟
اساسا رهگیری پرتو روشی است که برخی بازی ها از آن برای شبیه سازی نور استفاده می کنند. در یک صحنه هر منبع نوری از خود، پرتوهایی را ساطع می کند که آن ها نیز برای شبیه سازی واقع گرایانه نور به اطراف منعکس می شوند. اگرچه این روش نیازمند به یک سخت افزار فوق العاده قوی است؛ اما خوشبختانه همه کارت های گرافیک قدرتمند، دارای توانایی هستند که بیشتر بخش سنگین کار را به عهده می گیرند و رندر کردن باقی صحنه ها را به GPU دستگاه می سپارند.
رهگیری پرتو در بازی ها چه طور کار می کند؟
در بازی های ویدیویی اساسا رهگیری پرتو، سیستمی برای شبیه سازی نحوه حرکت نور، تعامل آن با اجسام مختلف محیط و در نهایت رسیدنش به چشمان ما است. نور از اشیاء مختلف منعکس می شود، از میان چیزهای دیگر عبور می کند و گاهی حتی جذب و خم هم می شود. شبیه سازی همه این تعامل ها زحمت زیادی را می طلبد. اما این همان چیزی است که رهگیری پرتو به منظور واقعی تر و زنده تر کردن تصاویر انجام می دهد. ما معمولا فکر می کنیم که نور از یک منبع مشخصی بیرون می آید و تا زمانی که به چشم ما برسد، در اطراف می چرخد و حرکت می کند. اما در واقع بخش زیادی از آن نور هرگز به چشمان ما نمی رسد و در نتیجه دیده هم نمی شود. بنابراین هنگام رهگیری پرتوی یک صحنه از بازی، ارزش چندانی هم نخواهد داشت.
استودیوی انیمیشن سازی والت دیزنی از انجام این فرآیند در انیمیشن های سه بعدی، ویدیوهای توضیحی فوق العاده ای دارد. یک پرتو نور از زاویه دید شما افکنده شده و به صحنه بازی فرستاده می شود. این پرتو ممکن است به یک شخصیت بازی و یا شیء برخورد کند؛ احتمال هم دارد که در آسمان به پرواز دربیاید و به هیچ چیزی برخورد نکند. بسته به چیزی که نور با آن برخورد می کند؛ چندین اتفاق مختلف خواهد افتاد. اگر پرتو به یک جسم یا سطح بازتابگر برخورد کند، منعکس می شود و به سمت چیز دیگری حرکت می کند. اگر سطح جسم ناهموار باشد؛ احتمال بازتاب شدن نور وجود دارد اما ممکن است در یک زاویه متفاوت منعکس شده و چندین پرتو شکسته جدید ایجاد شود.
اگر آن پرتو پس از چند جهش به یک منبع نور برخورد کند؛ تمام اطلاعات جمع آوری شده در طول مسیر به پیکسلی تبدیل می شوند که بازیکن روی صفحه نمایش خود می بیند. به عنوان مثال؛ اگر پرتو به سنگ خاکستری کنار دیوار سبز و سپس به همان دیوار و بعد به منبع نور برخورد کند، نتیجه کار احتمالا خاکستری دارای رگه های سبز می شود. با دادن ویژگی های مادی مختلف به اشیاء دنیای بازی، آن ها می توانند این عملکرد نورپردازی واقع گرایانه را شبیه سازی کنند و تصاویری مطابق با آن چه که ما در واقعیت می بینیم، بسازند.
عوامل پیچیده برای استفاده از فناوری رهگیری پرتو در حین بازی
البته باید در نظر داشت که به کارگیری فناوری ری تریسینگ برای همه ابعاد بازی با پیچیدگی های بسیاری همراه است. پرتوهای بسیاری باید برای تشکیل یک تصویر کامل به ارتعاش درآیند. این بدین معنا است که گاهی میلیون ها و شاید میلیاردها پرتو برای ایجاد کلیت یک تصویر مورد نیاز است. این مسئله می تواند سرعت پردازش را کاهش دهد و استفاده در لحظه از این فناوری را در صنایعی مثل صنعت بازی سازی غیرممکن سازد. گاهی هم پرتوها آن قدر دور نمی شوند که نهایتا به یک منبع نور برسند.
راه حل های ممکن برای جبران این کمبود اطلاعات بصری
بازی ها می توانند از یک سری راه حل های جزئی برای جبران موارد گفته در بالا استفاده کنند:
تعادل پیدا کردن: با تکیه بر تکنیک Rasterization یا همان شطرنجی سازی برای ایجاد تصاویر و کمی استفاده از فناوری رهگیری پرتو برای ایجاد بازتاب ها یا سایه های واقعی، می توان به نتایج خوبی دست پیدا کرد.
حذف نویزها: رهگیری پرتوی پردازش نشده مانند یک به هم ریختگی پیکسلی متشکل از نقاط رنگی تکی به نظر می رسد. اما حذف هوشمندانه نویزها، با مخلوط کردن رنگ ها و ایجاد تفاوت در روشنایی و تاریکی همه چیز را صاف و هموار می کند.
آینده فناوری رهگیری پرتو در دنیای بازی
رهگیری پرتو مسیر خود را در دنیای بازی های ویدیویی بیشتر و بیشتر ادامه می دهد. در عین حال که این فناوری برای ارائه شدن زحمت زیادی را می طلبد و به کارت های گرافیکی قوی و تمام توانایی یک کنسول بازی نیاز دارد، می توان به قطع گفت که با استفاده از آن پیشرفت بزرگی را در بحث کیفیت گرافیکی تجربه خواهیم کرد.
اگر با کم تر شدن نرخ فریم مشکلی ندارید، در حال حاضر می توانید با فناوری رهگیری پرتو از تعداد زیادی از بازی ها لذت ببرید. احتمال این وجود دارد که در آینده بیشتر شاهد به کارگیری این فناوری در بازی ها باشیم. به ویژه زمانی که سخت افزار لازم برای درک تصاویر ایجاد شده با فناوری رهگیری پرتو دسترس پذیرتر باشند.
