رهگیری پرتو و سرنوشت کنسول‌های نسل نهم

 نام فناوری رهگیری پرتو با نسل جدید کارت گرافیک‌های انویدیا یعنی RTX 2000 برسر زبان‌ها افتاد و حالا با درز اخبار در خصوص مشخصات فنی پلی استیشن ۵، یک بار دیگر از این فناوری این‌بار در کنسول‌ها نسل بعد نام برده می‌شود. همان‌طور که در نسل هشتم، فناوری‌های HDR و ۴K به عنوان مهم‌ترین پیشرفت‌های بصری کنسول‌های پلی استیشن ۴ و اکس باکس معرفی می‌شدند، در نسل نهم هم نام فناوری رهگیری پرتو را زیاد می‌شنویم. اما این فناوری چیست، چگونه کار می‌کند و چه تاثیری در دگرگون کردن صنعت بازی‌های رایانه‌ای دارد؟ در ادامه با آخرین مقالات سخت‌افزار در دنیای‌ بازی همراهی کنید.

به سرعت نور

برای تجربه‌ی فناوری‌های HDR و ۴K باید مبالغ زیادی بابت تهیه‌ی تلویزیون‌های مخصوص هزینه می‌شد. متاسفانه همین امر بسیاری از بازیکنان را با این فناوری‌ها بیگانه کرد و چشم بسیاری از ما هرگز به جمال آنها باز نشد. اما برخلاف این دو فناوری، رهگیری پرتو نیاز به هزینه‌ی اضافی نداشته و تمام بار پردازشی آن بر دوش پردازنده‌ی گرافیکی کنسول خواهد بود. با تایید حضور این فناوری در پلی استیشن ۵، عرصه‌ی رقابت میان ردموندی‌ها و سامورایی‌های آبی پوش داغ‌تر از همیشه خواهد شد. پیش‌تر در بازار کارت گرافیک‌ها هم با حضور این فناوری شاهد شدت گرفتن رقابت میان شرکت انویدیا (NVIDIA) و ای‌ام‌دی (AMD) بودیم. فناویر رهگیری پرتو باعث می‌شود تا نور و انعکاس آن در محیط بازی طبیعی‌تر از همیشه به نظر برسد. در حال حاضر بازی‌های رایانه‌ای برای به تصویر کشیدن انعکاس و نور از روش «شطرنجی‌ سازی» (Rasterization) استفاده می‌کنند. در این فناوری، اطلاعات کلیدی و مهم مثل فاصله و حجم اشیاء و تصاویر سه بعدی در محیط کامپیوتری توسط نرم افزار ذخیره شده و پس از تبدیل این اشیاه سه بعدی به تصاویر دوبعدی، با استفاده از این اطلاعات، رفتار سایه و نور با جسم مورد نظر تعریف می‌شود.

همان‌طور که پیدا است، در این روش رفتار نور بر اساس داده‌های پیشین محاسبه و پیش‌بینی می‌شود، نه اینکه به صورت زنده و کامل اجرا شود. هرچند که این روش در گذر زمان بهبود یافته و طبیعی‌تر شده است، اما به دلیل ماهیت این تکنیک، هیچ‌وقت نمی‌توان انتظار تحقق نورپردازی مشابه جهان واقعی را از آن داشت؛ زیرا در این روش همه چیز بر پیش‌بینی و محاسبه‌ی رفتار نور استوار است، نه بر به تصویر کشیدن حرکت واقعی نور در جهان بازی. به زبان ساده‌تر، در روش شطرنجی‌سازی تخمین زده می‌شود که نور در بازی چطور رفتار خواهد کرد، در حالی که خود پرتوهای نور در بازی وجود ندارند. اما فناوری رهگیری پرتو، پرتوهای نور را به بازی اضافه می‌کند.

تاکنون ویدئو‌های زیادی از سوی شرکت انویدیا برای به تصویر کشیدن فناوری رهگیری پرتو منتشر شده و برخی بازی‌ها مثل Battlefield 5 و Shadow Of Tomb Raider و حتی بازی قدیمی Quake 2 پس از به‌روزرسانی جدید خود هم از این فناوری استفاده می‌کنند. اما این فناوری حقیقتا چگونه کار می‌کند؟ در جهان واقعی، ما وقتی می‌توانیم جسمی را با چشمان خود ببینیم که نور پس از برخورد با آن جسم، به سمت ما حرکت کرده و وارد چشم ما بشود. اگر ما بخواهیم مسیری که نور از منبع تابش خود تا رسیدن به چشم ما (شامل حرکت در محیط، برخورد با یک جسم و ورود به چشم بیننده) طی کرده‌ را دنبال کنیم، در واقع عمل رهگیری پرتور را انجام داده‌ایم. فناوری رهگیری پرتو هم در بازی‌ها عمل مشابهی انجام می‌دهد و با استفاده از شبیه‌سازی حرکت نور در جهان بازی جلوه‌های بصری طبیعی‌تری را به تصویر می‌کشد.

این فناوری پای ثابت جلوه‌های ویژه‌ی کامپیوتری در فیلم‌های هالیوودی است و باعث می‌شود تا ربات‌های فیلم «تبدیل شوندگان» مانند کارتون‌های دهه‌ی ۹۰ میلادی غیرواقعی به نظر نرسند. این فناوری بیش از ۱۵ سال است که در عرصه‌ی ساخت فیلم مورد استفاده قرار می‌گیرد، اما به دلیل وابستگی آن به سخت‌افزارهای فوق قدرتمند، تاکنون امکان تجاری‌سازی این تکنیک در عرصه‌ی بازی‌های رایانه‌ای وجود نداشته است. از طرف دیگر پردازش تصاویر و فریم‌ها در فیلم و انیمیشن گاها چند ساعت هم به طول می‌انجامد، اما در بازی‌ها باید حداقل ۳۰ فریم در هر ثانیه پردازش شود و همین امر اهمیت سرعت پردازش را در بازی‌ها نشان می‌دهد. اما چگونه نسل جدید کارت گرافیک‌های انویدیا و کنسول‌های نسل نهم توانسته‌اند پس از یک دهه انتظار، این فناوری را به بازی‌های رایانه‌ای بیاورند؟ باید گفت با یک حقه‌ی ساده!

در دنیای واقعی، میلیاردها پرتو نور در اطراف ما در حرکت است. هرچند که چشمان ما تنها تصاویری که رو به روی ما قرار دارد را می‌بینند، اما جناب نور در پشت سر ما هم مشغول انجام فعالیت‌های روزانه‌ی خود است و برایش اهمیتی ندارد که ما به وی توجه می‌کنیم یا خیر! در تکنیک رهگیری پرتو که در بازی‌ها استفاده می‌شود، ماجرا برعکس است، یعنی نور تنها به ما توجه دارد و بس. در این روش پرتوهای نور تنها در محیطی حضور دارند که بازیکن در حال تماشای آن بوده و دوربین بازی آن را به تصویر می‌کشد و در سایر نقاط مثلا پشت سر او هیچ پرتویی وجود ندارد. به این وسیله قدرت پردازشی مورد نیاز کاهش پیدا کرده و این فناوری می‌تواند در سخت افزارهای امروزی حضور پیدا کند. در واقع عملکرد رهگیری پرتو چیزی شبیه به دوربین‌های دید در شب است که با استفاده از آن، تنها فضای جلوی چشمان صاحب دوربین روشن شده و باقی محیط تاریک خواهد بود. با این حقه‌، پردازنده به‌جای شبیه‌سازی میلیاردها پرتو نور، تنها چند هزار از آنها را شبیه‌سازی می‌کند و در عوض نتیجه‌ی مشابهی می‌گیرد.

شرکت انویدیا با استفاده از هسته‌های پردازشی تنسور در کارت گرافیک‌های سری RTX و به‌کارگیری هوش مصنوعی فعال توانسته تا جلوه‌های بصری چشم نواز و حقیقتا جذابی را در بازی‌ها جدید به نمایش بگذارد. با این همه این فناوری هنوز هم بسیار پرهزینه و «لوکس» است. تنها سری RTX 2000 و برخی از کارت‌های سری GTX 1000 شرکت انویدیا از این فناوری پشتیبانی می‌کنند و در عمل هم شاهد کاهش محسوس عملکرد بازی‌ها هنگام استفاده از این فناوری هستیم، به طوری که در بازی Battlefield 5 و پس از به‌روزرسانی‌‌های بسیار، استفاده از فناوری رهگیری پرتو عملکرد گرافیکی بازی را بیش از ۴۰% کاهش می‌دهد. بنابر این تجربه‌ی بازی‌ها با استفاده از این فناوری تقریبا چیزی شبیه به تجربه‌ی بازی Crysis در سال ۲۰۰۷ با بیشترین جزئیات گرافیکی است؛ رویایی که تنها برای مایه‌دارها محقق می‌شود!

پتانسیل‌های شگفت انگیز

همان‌طور که اشاره شد، تفاوت گرافیکی ارائه شده توسط رهگیری پرتو در بازی‌ها حقیقتا محسوس است. کافی است به ویدئوهایی که به مقایسه‌ی گرافیکی این فناوری پرداخته‌اند، توجه کنید. به عنوان مثال در بازی Metro Exodus که از این فناوری پشتیبانی می‌کند، محیط‌های تاریک و زیرزمینی به شدت تحت تاثیر رهگیری پرتو قرار گرفته و به کلی تجربه‌ی بازی را برای بازیکنان تغییر می‌دهند. یا در بازی Battlefield 5 انعکاس محیط در بازی حقیقتا بیننده را شگفت زده می‌کند. با وجود این فناوری دیگر شاهد حضور آینه‌های کدر در بازی‌ها نخواهیم بود و مهم‌تر از همه، این فرصت در اختیار بازی‌سازان قرار می‌گیرد تا با استفاده از این فناوری، مکانیزم‌های تازه‌ای به گیم‌پلی بازی اضافه کنند.

این اولین باری نیست که تکنولوژی توانسته مسیر بازی‌های رایانه‌ای را تغییر دهد. زمانی که اولین نسخه از سری محبوب Resident Evil وارد بازار شد، به دلیل محدودیت قدرت پردازش کنسول پلی استیشن و سخت‌افزارهای آن زمان، شرکت کپکام از زاویه‌ی دوربین ثابت و تصاویر از پیش رندر شده برای به تصویر کشیدن محیط استفاده کرد. در همان زمان، بازی Silent Hill برای مقابله با رقیب خود، از زاویه‌ی دوربین آزادتری بهره برد، اما در ازای آن با قرار دادن یک مه غلیظ در تمام سطح شهر، افق دید مؤثر در بازی را کاهش داد تا به این وسیله حجم پردازش مورد نیاز برای اجرای بازی را به حداقل برساند. اما با افزایش قدرت سخت‌افزارها، امروز شاهد عرضه‌ی بازی‌های تماما سوم شخص و با دوربین‌های کاملا آزاد هستیم و بازی‌هایی با دوربین‌ ثابت تقریبا منقرض شده‌اند.

فناوری رهگیری پرتو هم می‌تواند تاثیر مشابهی در اجرای بازی‌ها داشته باشد. به عنوان مثال، در بازی‌های مخفی‌کاری می‌توان با استفاده از آینه، دشمنان را از پشت دیوار‌ها یا سنگر‌ها تحت نظر گرفت. یا در موردی دیگر، می‌توان هوش مصنوعی بازی‌ها را به گونه‌ای آموزش داد تا با دیدن انعکاس تصویر بازیکن در محیط، متوجه حضور او شده و به این وسیله مبارزه مخفیانه با دشمنان چالش‌های تازه‌ای به خود می‌بیند. آن‌طور که طراح ارشد کنسول پلی استیشن ۵، آقای مارک کرنی اشاره کرده، پلی استیشن ۵ از  نسل سوم پردازنده‌های Ryzen شرکت AMD با معماری ۷ نانومتر استفاده کرده و پردازنده‌ی گرافیکی آن هم سفارشی و از خانواده‌ی Radeon Navi است. اینکه AMD چطور می‌خواهد فناوری رهگیری پرتو را به پردازنده‌های گرافیکی خود اضافه کند و آیا در اجرای این کار به اندازه‌ی انویدیا موفق خواهد بود یا خیر، سؤالاتی هستند که تا ورود نسل نهم کنسول‌ها باید برای پاسخ به آنها انتظار کشید. آنچه مسلم است، اهمیت تکنیک رهگیری پرتو و تاثیر آن بر مسیری است که بازی‌های ویدئویی به عنوان یک سرگرمی و صنعت در آینده خواهد پیمود.