تتبع الشعاع ببساطة، هي طريقة تستخدمها محركات الرندرة والرسوميات لحساب تأثير شعاع الضوء الافتراضي على الأسطح حسب البيئة المحيطة. إن تلك الحسابات تكون وفق معادلات رياضية وفيزيائية حقيقية ومطوّرة من قبل فيزيائيين درسوا طبيعة الضوء والشعاع.
فإذا كنت تظن أن الألعاب ذات الرسوميات الخارقة تكون قد صممت من قبل بعض المصممين والرسامين، فأنت مخطئ تماماً. تلك الألعاب الضخمة يشارك في تصميمها فريق من المصممين والفيزيائيين والرياضيين ومهندسي العمارة أيضاً، بالإضافة طبعاً لمهندسي البرمجة.
محركات الريندر والرسوميات كـ Unreal و Unity يستخدمون تقنية تتبع الضوء لإخراج تأثيرات واقعية، انعكاسات، ظلال، انكسار الضوء وجميع تلك التأثيرات الخاصة بالضوء والأشعة، دون الحاجة إلى رندرة كل منها كعنصر مستقل.
على الرغم من أن هذا الأمر يبدو مرهقاً للمعالج، إلا أن تلك المحركات والأدوات في الحقيقة تقوم برندرة ما يظهر على الشاشة فقط، وباقي أجزاء اللعبة تكون غير مرندرة.
ملاحظة: كلمة رندر Render تعني تحويل الرسومات والخطوط والمجسمات التي تم تصميمها باستخدام برامج الـ Modeling إلى صور واقعية قدر الإمكان بألوان وإضاءة وانعكاسات وظلال، الصورة التالية تشرح كل شيء.
على اليمين قبل الرندرة، وعلى اليسار بعد الرندرة. فهمتم قصدي أليس كذلك؟
إن تلك التقنيات كما ذكرت تستخدم معادلات رياضية وفيزيائية معقدة تستهلك من قوة المعالج وكرت الشاشة، لذلك يمكن للمطورين استخدام اصدارات أقل تعقيداً للحساب من أجل الأجهزة التي لا تعتبر خارقة، أو من أجل السرعة في اللعب على حساب الدقة. وكما ذكرت فإن تقنية تتبع الضوء أو الأشعة تستخدم في الألعاب ذات المؤثرات العالية، في الخدع البصرية، في الأفلام السينمائية وحتى في بعض الاعلانات، خاصة اعلانات السيارات.
معلومة جانبية: هل تعلم أن الكثير من الصور الخاصة بإعلانات السيارات هي صور غير حقيقية وتم تصميمها كلياً على برامج الكومبيوتر؟ إن هذه التقنية هي من الأمور الأساسية التي تزيد من عنصر الواقعية بشكل كبير على تلك الصور والمشاهد.
ما الجديد في تقنية تتبع الضوء؟
قبل أن ابدء بهذه الفقرة أريدك أن تعلم أن هنالك نوعين من الـ Render:
- رندر الوقت الحقيقي Real Time Render
- رندر مسبق Beforehand Render
الرندر المسبق هي تلك الصور التي تكون مجهزة ومرندرة من قبل، كصور الإعلانات والمشاهد السينمائية التي تم العمل عليها للكثير من الأشهر، أما رندر الوقت الحقيقي فيكون في الألعاب، أي أن اللعبة التي تقوم بلعبها يتم رندرتها ومعالجة تتبع الشعاع والخامات والألوان والاضاءة والظلال جميعها في نفس الوقت، في الوقت الحقيقي الذي تقوم به باللعب، ولذلك تتطلب تلك المواصفات العالية.
في الفيديو التالي هو مجرد لقطة سريعة لـ Star Wars تم عرضها في مؤتمر مطوّري الألعاب قبل اسبوعين من كتابة المقال. المهم في هذا الفيديو هو أن اللقطات به في الحقيقة Real Time Rendering، أي أن عمليات المعالجة تتم في نفس وقت عرض الفيديو، لاحظوا التفاصيل المرعبة للإضاءة والانعكاسات.
والفيديو التالي يرينا عرضاً في الوقت الحقيقي كيف أن المطوّر يقوم بعمل Zoom على الشخصية، ومازالت كل تلك المعالجة تتم بأجزاء من الثانية، علماً أنه فيديو متحرّك وليس صورة.
لتوضيح الفكرة أكثر، إذا أردت أنا أن أقوم بعمل إطار واحد من الفيديو السابق، يعني صورة واحدة فقط، سأحتاج أكثر من 3 أو حتى 4 ساعات لتتم رندرة الصورة على جهازي (رندرة فقط)، علماً أنه ذو مواصفات متوسطة. أما اذا أردنا رندرة الصورة نفسها على جهاز غيمر Gamer ذو كرت شاشة GTX 1080 فإن الرندرة فقط ستحتاج لحوالي 20 دقيقة أو نصف ساعة.
أما في الفيديو يتم رندرة تلك الانعكاسات والخيالات والظلال الحقيقية جداً بنفس وقت العرض، مع عمل zoom أثناء التشغيل أيضاً، أي قدرات خارقة هذه؟ هذا المستوى من الواقعية ليس متوفراً بعد في ألعاب اليوم، وحتى لو توفر، فإنه سيحتاج لأجهزة خارقة جداً حتى يتم تشغيلها.
بالطبع يجب أن تلاحظ أن هذه التقنية تعمل على الأسطح العاكسة بشكل مخصص، أي أنها لن تقوم بالتأثير على بشرة الشخصية أو على حجارة المبنى، فقط الأسطح العاكسة للضوء.
متى ستتوفر هذه التقنية في الألعاب؟
إن هذه التقنية التي تسمى RTX يتم تطويرها حالياً من قبل انفيديا NVIDIA، وستكون قابلة للمعالجة ضمن الجيل الجديد من كروت الشاشة القادمة GeForce.
وبما أن انفيديا NVIDIA هي التي تقوم بتطويرها، فمن الممكن ألا تكون متاحة لأصحاب بطاقات AMD. ومن الممكن أن تبدأ الألعاب باستخدام هذه التقنية في نهايات 2018 أو بدايات 2019، والأشخاص الذين سيشترون كروت الشاشة في ذلك الوقت سيستفيدون منها بشكل كامل.
