ریتریسینگ یک روش پیشرفته در ساخت تصاویر کامپیوتری است که برای ایجاد نورپردازی و سایههای واقعی در صحنههای سهبعدی به کار میرود. در این روش، مسیر نور به صورت برعکس دنبال میشود؛ یعنی پرتوهای نور از منبع روشنایی شروع شده و پس از برخورد با اشیاء مختلف، به سمت دوربین یا چشم بیننده حرکت میکنند.
هنگامی که این پرتوهای نوری با اجسام در صحنه برخورد میکنند، بسته به جنس و ویژگیهای آن جسم، ممکن است بازتاب پیدا کنند، جذب شوند یا تغییر مسیر دهند. نتیجه این برهمکنشها، محاسبه رنگ و شدت نور در هر نقطه از تصویر نهایی است که به ایجاد جلوههای نوری طبیعی مانند سایه، بازتاب و شفافیت منجر میشود.
معرفی ری تریسینگ یا رهگیری پرتو
تکنیک ریتریسینگ به خاطر توانایی بالایش در خلق تصاویر بسیار دقیق و طبیعی، بسیار پرکاربرد است؛ به ویژه در صحنههایی که نور و سایهها اهمیت زیادی دارند.
با کمک این فناوری، میتوان جزئیاتی مانند بازتاب نور روی اجسام، سایههای طبیعی، انعکاس نور از روی سطوح و سایر پدیدههای نوری را به شکلی دقیق و واقعی شبیهسازی کرد.
علاوه بر این، اجرای ریتریسینگ روی سختافزارهای امروزی مانند کارتهای گرافیک پیشرفته، هزینهی چندانی ندارد و به همین دلیل، این تکنیک به صورت گسترده در بازیهای رایانهای و برنامههای گرافیکی مورد استفاده قرار میگیرد.
آیا رهگیری پرتو در صنعت بازیهای ویدئویی استفاده میشود؟
بله، تکنیک رهگیری پرتو (Ray Tracing) در ساخت بازیهای کامپیوتری به کار میرود و امروزه به یکی از فناوریهای مهم در پردازش تصویر بازیهای پیشرفته تبدیل شده است. در گذشته، به دلیل کمبود قدرت سختافزارها و کارتهای گرافیک ضعیف، استفاده از این فناوری در بازیها امکانپذیر نبود. اما با قویتر شدن رایانهها و تولید کارتهای گرافیک مجهز به رهگیری پرتو، این قابلیت حالا جایگاه ویژهای در صنعت بازی پیدا کرده است.
کاربرد رهگیری پرتو در بازیها باعث میشود که تصاویر، طبیعیتر و واقعیتر به نظر برسند. این فناوری به طراحان اجازه میدهد تا نحوه برخورد نور با سطوح مختلف را دقیقتر شبیهسازی کنند. برای مثال، میتوان بازتاب نور از روی آب، شیشه یا آینه، سایههای نرم و طبیعی، و پرتوهای نور را با جزئیات بسیار بالا در بازی ایجاد کرد.
برخی از بازیهای مشهور مانند “Cyberpunk 2077″، “Control” و “Minecraft” از این تکنیک برای خلق تصاویر با کیفیت و بسیار نزدیک به واقعیت استفاده کردهاند. از سوی دیگر، شرکتهای سازنده کارت گرافیک نیز محصولاتی ویژه با پشتیبانی از رهگیری پرتو عرضه کردهاند تا سازندگان بازی بتوانند به راحتی از این ویژگی در طراحیهای خود بهره ببرند.
در نتیجه، رهگیری پرتو امروزه یک روش اساسی در تولید تصاویر بازیهای ویدئویی به شمار میآید و به نظر میرسد در آینده نیز نقش آن پررنگتر خواهد شد.
تکنیکهای رندرینگ واقعگرایانه در بازیهای ویدئویی
برای خلق تصاویر واقعی در بازیهای کامپیوتری، علاوه بر روش ری تریسینگ، راههای دیگری هم وجود دارند. در ادامه به چند مورد از این روشها اشاره میکنیم:
**رندرینگ با شیدرهای پیشرفته (Real-Time Shader Rendering):**
این روش با بهرهگیری از قابلیتهای قدرتمند کارتهای گرافیکی، جزئیات بسیار طبیعی در بازیها ایجاد میکند. با ترکیب هوشمندانه انواع شیدرها، اثرات نور، جنس سطح مواد و بازتابها به شکل بسیار نزدیک به واقعیت نمایش داده میشوند.
**رندرینگ بر پایه رستریزاسیون (Rasterization-based Rendering):**
این تکنیک که پرکاربردترین روش در بازیهاست، بر مبنای پردازش سریع تصاویر سهبعدی عمل میکند. در این روش، تبدیل اشکال سهبعدی به تصویر، اضافه کردن نور و نمایش نهایی صحنه با سرعت بالایی انجام میشود. اگرچه این روش بسیار سریع است، اما ممکن است جزئیات واقعی کمتری داشته باشد.
**رندرینگ بر اساس قوانین فیزیک (Physically Based Rendering – PBR):**
این روش از فرمولهای ریاضی برگرفته از قوانین فیزیک استفاده میکند تا نحوه برخورد نور با سطوح مختلف و رفتار مواد گوناگون را شبیهسازی کند. با این تکنیک میتوان نورپردازی، بازتابها و اثر نور بر روی مواد را به شکلی بسیار طبیعیتر خلق کرد.
**روشهای ترکیبی (Hybrid Rendering Techniques):**
بعضی از بازیها از ترکیب دو روش ری تریسینگ و رستریزاسیون بهره میبرند. در این تکنیک، بخشهای خاصی از صحنه که نیاز به دقت بالاتری دارند (مانند سایهها یا انعکاسها) با ری تریسینگ پردازش میشوند و بقیه قسمتها با روش سریعتر رستریزاسیون ساخته میشوند.
در ادامه، به چند روش دیگر برای ایجاد تصاویر واقعی در بازیهای کامپیوتری اشاره میکنیم:
**رندرینگ حجمی (Volumetric Rendering):**
از این روش برای نمایش چیزهایی مانند دود، ابر، مه و آب استفاده میشود. این تکنیک کمک میکند تا این پدیدهها با جزئیات بیشتر و طبیعیتری دیده شوند. مثلاً نحوه عبور نور از میان دود یا غلظت مه را به شکلی واقعیتر نشان میدهد.
**رندرینگ پوشش بخشی (Partial Coverage Rendering):**
گاهی یک شیء، قسمتی از شیء دیگر را میپوشاند. این تکنیک باعث میشود که در این نقاط، سایهها، بازتاب نور و تغییر رنگها به صورت دقیقتر و طبیعیتری محاسبه شوند و در نتیجه، تصویر نهایی واقعیتر به نظر برسد.
**رندرینگ ترکیبی (Deferred Rendering):**
در این روش، محاسبات مربوط به نورها، سایهها و بازتابها در مرحلهای جداگانه انجام میشود. سپس تمام این اطلاعات در مرحله آخر با هم ترکیب میشوند تا تصویر نهایی ساخته شود. این کار باعث افزایش سرعت و کارایی در ساخت صحنههای پیچیده میشود.
**رندرینگ با استفاده از فیزیک شار (Photon Mapping):**
اینجا از قوانین فیزیک نور برای شبیهسازی استفاده میشود. این تکنیک نحوه برخورد و حرکت نور در صحنه را محاسبه میکند تا سایهها و بازتابها، بسیار نزدیک به دنیای واقعی به نظر برسند. این روش معمولاً برای صحنههایی با نورپردازی پیچیده و اشیاء شفاف به کار میرود.
در نهایت، باید گفت که فناوری ساخت تصاویر واقعی در بازیها همیشه در حال پیشرفت است. روشهای جدیدی مانند **رندرینگ پرتوی (Ray Tracing)** در حال توسعه هستند و در آینده نیز شاهد تکنیکهای نوین و پیشرفتهتری خواهیم بود.
مزایا و معایب ری تریسینگ یا رهگیری پرتو
ردیابی پرتوها (ری تریسینگ) هم جنبههای مثبت دارد و هم جنبههای منفی. در ادامه به برخی از خوبیها و کاستیهای این روش نگاه میکنیم:
مزایا:
ریتریسینگ تصاویری با جزئیات بسیار بالا و کاملاً طبیعی خلق میکند. این فناوری، نحوه تابش نور، تشکیل سایهها، بازتابها و اثر نور روی سطوح مختلف را به دقت شبیهسازی میکند. در نتیجه، صحنهها بسیار واقعی به نظر میرسند و نور در آنها دقیقاً مانند دنیای واقعی رفتار میکند.
یکی از قابلیتهای اصلی ریتریسینگ، نورپردازی بسیار دقیق است. این تکنیک به سازندگان بازیها اجازه میدهد تا نور را به شکلی طبیعی تنظیم کنند. برای مثال، نحوه برخورد نور با سطوح، بازتاب آن از اجسام مختلف و انعکاس نور در شیشه و آینهها، همه به صورت واقعگرایانه نمایش داده میشوند.
علاوه بر این، ریتریسینگ این امکان را فراهم میکند که واکنش نور به مواد گوناگون شبیهسازی شود. مثلاً در یک بازی، میتوان درخشش فلزات، شفافیت شیشه یا زبری و ماتی یک سطح را با دقت بسیار بالایی نشان داد.
همچنین، این فناوری به طراحان کمک میکند تا رنگها و جنس مواد را به شکل واقعیتری ارائه دهند. با استفاده از ریتریسینگ، جزئیات رنگ و بافت هر ماده با کیفیت و طبیعیبودن بیشتری به نمایش درمیآید.
معایب:
ریتریسینگ چند مشکل اصلی دارد که باید در نظر گرفته شود:
**نیاز به سختافزار قوی:** این فناوری محاسبات سنگینی انجام میدهد و سیستمهای کامپیوتری را تحت فشار قرار میدهد. در نتیجه، برای اجرای روان آن معمولاً به قطعات سختافزاری قدرتمندتری نیاز است.
**کند شدن روند کار:** به دلیل پیچیدگی محاسبات، تولید تصاویر با ریتریسینگ زمان بیشتری میبرد. این کندی میتواند روی سرعت بازیها تأثیر بگذارد، مخصوصاً وقتی صحنههای پیچیده با تعداد پرتوهای زیاد شبیهسازی میشود.
**سختی در برنامهنویسی:** استفاده از ریتریسینگ در مقایسه با روشهای قدیمی، کار دشوارتری است و برای پیادهسازی آن، برنامهنویسان باید دانش تخصصی و آشنایی کامل با الگوریتمهای مربوطه داشته باشند.
**وابستگی به سختافزار پیشرفته:** این تکنیک برای عملکرد خوب، به پردازندههای گرافیکی بسیار قوی وابسته است. بهترین نتیجه زمانی حاصل میشود که از کارتهای گرافیک مجهز به فناوریهای ویژه، مانند هستههای رهگیری پرتو (RT Cores)، استفاده شود.
چه نوع نرمافزارها و بازیهایی از ریتریسینگ استفاده میکنند؟
امروزه تعداد بازیها و برنامههایی که از فناوری ریتریسینگ برای ایجاد تصاویر طبیعیتر و واقعیتر استفاده میکنند، روزبهروز بیشتر میشود. در ادامه، نام چند نمونه از این نرمافزارها و بازیها را میبینید:
بازیها:
این بازیها برای نمایش جلوههای تصویری پیشرفته و نورپردازی واقعگرایانه بسیار مناسب هستند:
سایبرپانک ۲۰۷۷
کنترل
ماینکرفت (با بهرهگیری از نسخهی RTX)
بتلفیلد ۵
مترو اگزودوس
سایهی مقبرهی رهزن (با استفاده از نسخهی RTX)
Quake II RTX
Call of Duty: Modern Warfare (با بهرهگیری از نسخهی RTX)
Watch Dogs: Legion
Marvel’s Spider-Man: Miles Morales (روی کنسولهای پلیاستیشن ۵)
نرمافزارهای رندرینگ:
نرمافزارهای ساخت انیمیشن و مدلهای سهبعدی شامل موارد زیر هستند:
Autodesk 3ds Max
Autodesk Maya
Blender
Cinema 4D
Unreal Engine
Unity
این لیست فقط چند نمونه شناختهشده از بازیها و برنامههایی است که از ریتریسینگ استفاده میکنند و برنامههای دیگری هم هستند که از این فناوری بهره میبرند. نکته مهم دیگر این است که برای اجرای ریتریسینگ، باید سختافزار مناسبی در اختیار داشته باشید. در این زمینه، کارت گرافیک قوی بسیار اهمیت دارد، زیرا باید بتواند حجم بالایی از پردازشهای سنگین و همزمان را به خوبی مدیریت کند.
چه کارت گرافیکهایی از ری تریسینگ پشتیبانی میکنند؟
در حال حاضر، تعدادی از کارتهای گرافیک شناختهشده وجود دارند که قابلیت ریتریسینگ را دارند. برخی از این مدلها عبارتاند از:
**کارتهای گرافیک انویدیا از سری RTX 20:**
– GeForce RTX 2080 Ti
– GeForce RTX 2080 Super
– GeForce RTX 2080
– GeForce RTX 2070 Super
– GeForce RTX 2070
– GeForce RTX 2060 Super
– GeForce RTX 2060
**کارتهای گرافیک انویدیا از سری RTX 30:**
– GeForce RTX 3090
– GeForce RTX 3080 Ti
– GeForce RTX 3080
– GeForce RTX 3070 Ti
– GeForce RTX 3070
– GeForce RTX 3060 Ti
– GeForce RTX 3060
این فهرست فقط بخشی از کارتهای گرافیکی است که از ریتریسینگ پشتیبانی میکنند. شرکتهای دیگر مانند AMD نیز روی فناوری مشابهی به نام ریتریسینگ کار میکنند، اما تا بهحال کارتهای گرافیک این شرکت مانند محصولات انویدیا، به طور کامل از این قابلیت پشتیبانی نکردهاند.
