نگاهی به تکنولوژی رهگیری پرتو در ریمستر بازی اسپایدرمن

و بالاخره ما شاهد منتشر شدن اطلاعاتی از عناوین عرضه شده با پلی استیشن ۵ هستیم؛ چندی پیش حساب کاربری پلی‌استیشن در توییتر تصاویری را از عنوان Marvel’s Spider-Man Remastered منتشر کرده است؛ در این تصاویر، اینسامنیاک‌ گیمز (Insomniac Games) اولین خروجی‌های تکنولوژی رهگیری پرتو (Ray Tracing) که حاصل شتاب سخت افزاری این نسل است را در ریمستر بازی Marvel's Spider-Man Remastered و Marvel's Spider-Man: Miles Morales به ما نشان می دهد.

اگر نمی‌دانید، رهگیری پرتو یا به شکل دقیق‌تر، رهگیری بلادرنگ پرتو (Real-Time Ray Tracing) ترندی جدید در حوزه گرافیک است که تا همین اواخر صرفا در انحصار هالیوود بود. همانطور که از نام آن پیداست، این تکنولوژی با ردیابی اشعه در زمان واقعی، می‌تواند نورپردازی درون بازی را بسیار واقعی‌تر جلوه دهد زیرا کارت گرافیک را قادر می‌سازد تا مسیر پرتوهای مجازی نور را ردیابی کرده و بدین ترتیب با دقت بیشتری نحوه تعامل با اشیا موجود در محیط را شبیه سازی کند.

برای پلی استیشن ۵، این یک پیشرفت بزرگ است که به وضوح در بازتاب‌های حاصله از بلندترین آسمان خراش تا کوچکترین گودال‌ها در این دو بازی مشهود است؛ با این حال به طرز حیرت انگیزی این پیشرفت، بازخورد مناسبی در شبکه‌های اجتماعی نداشت. به طوری که حتی برخی اظهار داشتند که ما اصلاً اثری از ردیابی اشعه را نمی‌بینیم. اما واقعیت واضح است: سخت افزار منتسب به رهگیری پرتو که یکی از ویژگی‌های جدید کنسول‌های نسل جدید است بسیار گران است بنابراین اشکالات وارده امری اجتناب ناپذیر خواهد بود و آنچه در اینجا می‌بینیم، در برابر پیاده سازی‌های مشابه رهگیری پرتو در فضای رایانه کاملا متفاوت خواهد بود.

بنا به شرایط اسپایدرمن مارول در پلی استیشن ۵ از دو حالت رندر پشتیبانی می‌کند. یکی حالت با کیفیت ۴K با نرخ ۳۰ فریم در ثانیه و دیگری حالت عملکرد ۶۰ فریم در ثانیه. اولی بازتاب‌های رهگیری پرتو واضحی را نشان می دهد اما انسداد رهگیری پرتو محیطی نیز اینجا مطرح می‌شود. تشخیص این مسئله در اسکرین شات‌های صفحه یا فیلم‌ها دشوارتر است، اما به طور کلی انسداد محیط سایه‌ها را به صحنه اضافه می‌کند تا در برآمدگی‌ها و شکاف‌ها یعنی جایی که نور پرش می‌کنند، سایه گذاری تاریک‌تری را شاهد باشیم. نتیجه منجر به تشکیل بسیاری از ناپیوستگی‌های بصری شده است.

سیستم رهگیری پرتو در اینجا یک بهبود فوق العاده است، با این حال به نظر می رسد برخی از فن‌ها آن طور که انتظار می‌رفت تحت تأثیر قرار نگرفته‌اند. درست است که وضوح بازتاب رهگیری پرتو کمتر است، بعضی از اشیا به شکل درستی در بازتاب نشان داده نمی شوند، به نظر می‌رسد برگ های درختان بسیار کاهش یافته است و بازتاب‌ها نیز سایه ها را از دست می‌دهند. این باعث شده ایده‌ای چون عدم وجود رهگیری پرتو در کنسول پلی استیشن مطرح شود.

این ایرادات در وهله اول منطقی به نظر می‌رسد اما وجود فناوری رهگیری پرتو را رد نمی‌کند. برای درک این موضوع بهتر است سیستم کارایی این فناوری را بررسی کنیم؛ من سعی کردن آن را در چهار قدم خلاصه کنم:

یک - بازتاب رهگیری پرتو بر اساس نوری است که می‌تواند از هر جهتی، حتی مناطقی که رندر نشده‌اند، به سمت آبجکت تابیده شوند. یعنی گیم لازم است برای امتحان کردن رهگیری پرتو یک نسخه خوانا از سکانس حاضر تولید کند. این سکانس هرچه بزرگتر و با جزئیات بیشتر باشد، برای تولید آن به طبع به عملکرد بالاتری از پردازنده گرافیکی نیاز است.

دو - این مرحله در واقع خود رهگیری پرتو است. جایی که پرتوهای نور به آبجکت معین شده در مرحله اول پرتاب می‌شوند. برای ترسیم دقیق هندسی این برخوردها، همه اشیای موجود در صحنه بازی دارای چندین جعبه نامرئی با اندازه بزرگ در اطراف خود هستند. پرتوهای شلیک شده به صحنه از طریق این جعبه ها حرکت می‌کنند تا زمانی که به یکی از آنها به آبجکت معین شده برخورد کنند. هرچه پرتوها بیشتر، برخورد بیشتر، جزئیات هندسی ترسیمی بیشتر و در نهایت این فرآیند طولانی‌تر خواهد بود.این مرحله با توجه به توانایی سخت افزار تسریع داده می‌شود.

سه - مرحله بعدی مربوط به سایه زدن (shading) پیکسل‌هایی است که در آن‌ها برخوردی ثبت شده است. به عبارت ساده‌تر این به معنای سایه زدن ضربه یا انتخاب رنگ برای پیکسلی است که نور به آن برخورد کرده است. هر چه سایه زدن بیشتر باشد یا محیط حاصله برای سایه زدن پیچیده‌تر باشد، برای تکمیل عملکرد بالاتری از پردازنده گرافیکی و مدت زمان بیشتری لازم است. از آنجا که تعداد اشعه‌های اولیه بسیار محدود است، نتیجه نهایی تا حدی شلوغ به نظر خواهد رسید و نیازمند پاکسازی است؛ این ما را به مرحله آخر می‌رساند، جایی که انعکاس مازاد خنثی می‌شود یا اگر بخواهم صحیح‌تر بیان کنم الگوریتم‌های هوشمند برای پر کردن فضاهای خالی از بازتاب‌های قانع کننده‌تری استفاده می‌کنند.

چهار - حتی با وجود شتاب سخت افزاری در مرحله رهگیری پرتو، این امر همچنان برای پردازنده گرافیکی فشار ایجاد می‌کند، پس برای کاهش فشار، این مرحله باعث کاهش چشمگیر تعداد اشعه می‌شود تا سرعت کل روند را افزایش بخشد. و برای همین است که بازتاب‌های ریمستر اسپایدر من از وضوح کمتری برخوردار هستند.

در مورد اینکه چرا برخی از شخصیت ها و اشیا به شکل کاملی در بازتاب‌ها دیده نمی‌شوند، این نیز نوعی بهینه سازی عملکرد توسط الگوریتم رهگیری پرتو است. اگر به مرحله یک برگردیم یعنی جایی که ساختار صحنه ساخته شده است، دلیل را می‌یابیم. هرچه صحنه ساده تر باشد و تعداد اجسام پویا در صحنه کمتر باشند، عملکرد نهایی آن بیشتر می‌شود. با این حال، ساده سازی صحنه می تواند ضد تولید نیز باشد. در واقع باز تولید و ساده سازی عناصری چون ساختمان‌ها می‌تواند توهم انعکاس بازی را از بین ببرد؛ این احتمالاً توضیح می‌دهد که چرا برگ‌های درختان یا ذرات در بازتاب‌های نسخه ریمستر بازی، کمتر به نظر می‌رسند؛ در واقع تولید بازتاب آن‌ها بسیار سنگین است؛ پس کاهش محیط اولیه رندرینگ تا حدی منطقی است. همچنین توجه داشته باشید این که عناصری مانند مه یا بخار نیز منعکس نمی شوند، به همین دلیل است.

در نهایت می‌توان گفت که برای قضاوت تکنولوژی رهگیری پرتو زود است؛ در واقع ما تازه ما در حال بررسی کاربردها و توانایی‌های پیچیده این فناوری هستیم. فناوری که حتی در اواخر در ۲۰۱۸ و کارت گرافیک‌های Turing انویدیا هنوز در قلمرو خیال به نظر می رسید. آنچه در اینجا در ریمستر اسپایدرمن مشاهده می‌کنیم، تنها آغاز کار است. ما پیش از این شاهد پیشرفت چشمگیری در ویژگی‌های رهگیری پرتو و عملکرد آن در فضای رایانه‌ای بوده‌ایم. و حالا با پیشرفت سخت افزاری کنسول‌ها در نسل نهم و دسترسی سطح پایین در دسترس توسعه دهندگان کنسول، نمی‌توانم صبر کنم تا ببینم که این فن آوری در نسل آینده چگونه تکامل می‌یابد.

بیشتر بخوانید:

• فناوری رهگیری پرتو به بازی Fortnite اضافه می‌شود
• «رهگیری پرتو» در ایکس باکس سری ایکس بهتر از پلی استیشن 5 است
• یکبار برای همیشه، ترافلاپس چیست؟