ری تریسینگ چیست و چه کابردی در گیمینگ دارد؟

واقعی‌تر شدن دنیای بازی‌ها همیشه آرزوی گیمرها و هدف اصلی سازندگان بوده است. یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در این مسیر، ایجاد نورپردازی طبیعی و واقعی در صحنه‌های بازی است؛ یعنی نور، سایه و انعکاس‌ها طوری نمایش داده شوند که حس واقعی بودن فضای بازی را منتقل کنند. سال‌ها روش‌های مختلفی برای نورپردازی در بازی‌ها استفاده شد اما هیچ‌کدام نتوانستند رفتار پیچیده نور در دنیای واقعی را به‌طور کامل در بازی ها شبیه‌سازی کنند.

اما با ورود فناوری ری تریسینگ (Ray Tracing) همه‌چیز تغییر کرد و باعث شد نور و سایه‌ها در بازی‌ها بسیار طبیعی‌تر و واقعی‌تر دیده شوند. اما ری تریسینگ چیست و چه نقشی در بهبود کیفیت بازی‌های ویدیویی دارد؟

ری تریسینگ چیست؟

ری تریسینگ یا رهگیری بلادرنگ پرتو (Real-Time Ray Tracing) فناوری پیشرفته‌ای است که برای طبیعی‌تر کردن نور و سایه ها در صحنه‌های بازی‌های ویدیویی استفاده می‌شود. این تکنولوژی قبل از ورود به دنیای گیمینگ، سال‌ها در صنعت سینما و انیمیشن‌سازی استفاده می شد اما ورود آن به دنیای بازی‌ها به سال ۲۰۱۸ برمی‌گردد؛ زمانی که شرکت انویدیا با معرفی کارت‌های گرافیک مبتنی بر معماری Turingخود، ری تریسینگ را به شکل جدی وارد گیمینگ نمود.

برای فهم بهتر این فناوری، ابتدا باید بدانیم که در دنیای واقعی چطور اجسام را می‌بینیم: برای دیدن هر جسم لازم است نوری از منبعی مانند خورشید یا لامپ به آن بتابد و بازتاب آن به چشم ما برسد. شبیه‌سازی این فرآیند در بازی‌ها بسیار سخت است چون نور بسته به جنس و سطح هر جسم رفتار متفاوتی دارد و پردازش دقیق این جزئیات نیازمند قدرت بالای سخت‌افزاری است.

به همین دلیل سالها توسعه‌دهندگان برای رندر کردن صحنه‌های بازی از روشی به نام Rasterization استفاده می‌کردند که سرعت بالایی داشت اما دقت زیادی در نمایش نور، سایه ها نداشت. هرچند با گذشت زمان تکنولوژی Rasterization پیشرفت های زیادی داشت و کیفیت بصری بازی‌ها بهتر شد اما کیفیت نورپردازی و بازتاب‌ها همچنان فاصله زیادی با دنیای واقعی داشتند.

در اینجا فناوری ری تریسینگ متولد شد تا این محدودیت‌ها را برطرف کند. با این روش، نور در محیط بازی درست مثل دنیای واقعی رفتار می‌کند؛ یعنی وقتی به اجسام برخورد می‌کند، بازتاب یا شکست پیدا می‌کند و تا زمانی که انرژی‌اش تمام شود، ادامه پیدا می کند.

برای مثال اگر نور به آب بخورد، بازتاب آن را می‌بینیم؛ اما اگر به شیشه برخورد کند، پرتوها شکسته و پخش می‌شوند. این یعنی جنس و ویژگی سطح‌ها روی رفتار نور تأثیر می‌گذارند، درست مثل دنیای واقعی.

هدف اصلی ری تریسینگ این است که نور در بازی‌ها طبیعی‌تر دیده شود. این فناوری سایه‌ها، بازتاب‌ها، شکست و پراکندگی نور را دقیق شبیه‌سازی می‌کند. الگوریتم‌های آن مسیر نور را دنبال می‌کنند، محل برخورد را مشخص می‌کنند و شدت سایه‌ها را محاسبه می‌کنند. نتیجه‌اش این است که نور و سایه‌ها در بازی‌ها واقعی‌تر به نظر می‌رسند و تجربه‌ی گیمرها عمیق‌تر و طبیعی‌تر می‌شود.

پیشنهاد خواندنی: Anti Aliasing چیست؟

فناوری Ray Tracing چگونه کار می‌کند؟

ری تریسینگ بر پایه‌ی شبیه‌سازی رفتار واقعی نور طراحی شده است. در دنیای واقعی، پرتوهای نوری از منابعی مثل خورشید یا لامپ خارج می‌شوند، با اجسام برخورد می‌کنند، بازتاب یا شکست پیدا می‌کنند و در نهایت به چشم ما می‌رسند. Ray Tracing همین فرآیند را به‌صورت الگوریتمی در محیط سه‌بعدی شبیه‌سازی می‌کند.

مراحل اصلی عملکرد Ray Tracing:

۱. انتشار پرتوها (Ray Casting): موتور گرافیکی تعداد زیادی پرتوی نور فرضی از دوربین یا منبع نور به صحنه می‌فرستد. هر پرتو به‌عنوان یک خط ریاضی تعریف می‌شود که با هندسه‌ی اجسام (مثل مدل‌های سه‌بعدی) برخورد می‌کند.

۲. برخورد با سطح (Intersection Test): وقتی پرتو به سطح یک جسم رسید، موتور باید دقیقاً نقطه‌ی برخورد را پیدا کند. این مرحله بسیار پرهزینه است چون باید با تمام چندضلعی‌ها (Polygons) یا مثلث‌های مدل سه‌بعدی بررسی شود.

۳. محاسبه‌ی رفتار نور (Shading & Lighting): پس از مشخص شدن نقطه برخورد، الگوریتم تصمیم می‌گیرد که نور چگونه رفتار کند:

• بازتاب (Reflection): مثل آینه یا سطح آب، پرتو با زاویه‌ای مشخص برمی‌گردد.
• شکست (Refraction): در موادی مانند شیشه یا آب، پرتو خم می‌شود و از جسم عبور می‌کند.
• جذب (Absorption): بخشی از نور توسط سطح جذب می‌شود و رنگ آن را مشخص می‌کند.

۷. پرتوهای ثانویه (Secondary Rays): پس از هر برخورد، پرتوهای جدیدی ایجاد می‌شوند (بازتابی یا شکست‌یافته) و موتور باید مسیر آن‌ها را نیز رهگیری کند. این فرآیند می‌تواند چندین بار تکرار شود تا زمانی که انرژی پرتو به صفر برسد یا از محدوده‌ی صحنه خارج شود.

۸. محاسبه سایه‌ها (Shadow Rays): برای مشخص کردن اینکه یک نقطه در سایه است یا خیر، پرتوهای جداگانه‌ای به سمت منبع نور ارسال می‌شوند. اگر در مسیر آن‌ها جسم دیگری وجود داشته باشد، آن نقطه تاریک‌تر نمایش داده می‌شود.

۹. جمع‌آوری نتایج (Ray Accumulation): تمام این برخوردها و محاسبات نور، رنگ و شدت روشنایی را برای هر پیکسل مشخص می‌کنند. در نهایت موتور گرافیکی تصویر نهایی را بر اساس مجموع این داده‌ها رندر می‌کند.

پیشنهاد خواندنی: فریم ریت چیست؟

بازی‌های دارای قابلیت ری تریسینگ

هرچند فناوری Ray Tracing هنوز به بلوغ کامل نرسیده اما همین سطح از آن نیز توانسته مسیر کیفیت نورپردازی در بازی‌ها را متحول کند. این تکنیک نوین رندرینگ در آینده می‌تواند افکت‌هایی فوق‌العاده واقعی و چشم‌نواز به صحنه‌های بازی اضافه کند.

در حال حاضر تنها تعداد محدودی از بازی‌ها و عناوین بزرگ AAA از این فناوری پشتیبانی می‌کنند. با این حال چون Ray Tracing یکی از داغ‌ترین ترندهای گرافیکی است، انتظار می‌رود در سال‌های آینده بازی‌های بیشتری به آن مجهز شوند.

پیشنهاد خواندنی: Anisotropic Filtering چیست؟

نتیجه گیری

تکنیک‌های پردازش تصویر یکی از ترندهای پررنگ صنعت مدیا و گیمینگ هستند که در سال‌های اخیر تغییر و تحولاتی اساسی به خود دیده‌اند. در این مقاله به معرفی فناوری Ray Tracing پرداختیم و ویژگی‌های آن را بررسی کردیم. هرچند این تکنولوژی هنوز در ابتدای مسیر خود قرار دارد اما می‌تواند آینده‌ی نورپردازی و گرافیک بازی‌ها را دگرگون کند.

سوالات متداول

۱. منظور از Ray Tracing چیست؟

ری تریسینگ یا رهگیری بلادرنگ پرتو (Real-Time Ray Tracing) فناوری پیشرفته‌ای است که برای طبیعی‌تر کردن نور و سایه ها در صحنه‌های بازی‌های ویدیویی استفاده می‌شود.

۲. کدام بازی ها از فناوری Ray Tracing پشتیبانی می کنند؟

Battlefield V • Metro Exodus • Shadow of the Tomb Raider • Stay in the Light • Cyberpunk 2077 • Control • Wolfenstein: Youngblood • Minecraft • Synched: Off Planet

۳. برای استفاده از Ray Tracing چه سخت‌افزاری لازم است؟

برای اجرای بازی‌ها با ری تریسینگ نیاز به کارت گرافیک‌هایی دارید که از این فناوری پشتیبانی کنند. کارت‌های سری RTX انویدیا (مثل RTX 2060 به بالا) و کارت‌های جدید AMD سری RX 6000 به بعد، این قابلیت رو دارند.