دعونا نكن صرحاء لأقصي حد، اذا كنت تتوقع ان دقة الوضوح القادمة للجيل الجديد من الألعاب ستكون 8K، فأنت واهم عزيزي القارئ .. الفارق هائل للغاية ما بين 4K و 8K، دقة 8K تحتاج لما يقارب من ثلاثة أضعاف القوة الحوسبية الحالية .. علي الحاسب الشخصي يحتاج المستخدم الي بطاقتين من طراز Titan RTX فقط لتشغيل الألعاب بمعدل 30 صورة في الثانية/ 30fps، فما بالك بمعدل 60 صورة/ 60fps؟ دعك من الحاجة الي كم ضخم للغاية من الذاكرة الرسومية، بطاقة Titan RTX تأتي بحجم 24GB من الذاكرة، ومع ذلك فهي لاتكفي علي وضوح 8K!

مما يعني أن دقة 8K تحتاج لقوة حوسبية غير موجودة، فنحن الآن في زمن تباطؤ تقنيات تصنيع الدارات الكهربية Transistors، وتباطؤ تردد و سرعة المعالجات بشكل عام .. لن يأتي الجيل الجديد من المعالجات الرسومية بعشرة أضعاف ما سبقه من جيل فقط كي يشغل 8K علي 30 صورة في الثانية/30fps ولن يأتي كذلك بسعة 30GB من الذاكرة الرسومية فقط كي يشغل دقة 8K، إن الأجيال القادمة من المعالجات الرسومية ستركز فقط علي دقة الخامات Textures الكبيرة، وعلي تقنية تتبع الأشعة Ray Tracing التي تحتاج لكل قطرة من القوة الحوسبية. أما 8K فستبقي مجرد دقة وضوح زخرفية للتفاخر وربما لتشغيل بعض العروض المرئية والأفلام عليها.

وتتبع الأشعة بالذات سيكون هو البديل لمعيار تقدم الرسوم مع الجيل الجديد من الألعاب، ففي السابق كانت الجملة المحورية هي دقة وضوح 1080p، ثم تحولنا الي دقة 4K، والآن سنتحول الي رسوم تتبع الأشعة في أشياء مثل الظلال والانعكاسات .. ثم سنتحول الي الاضاءة والانارة الشاملة، ثم سنتحول الي المشهد بأكمله مرسوما بتتبع الأشعة مثل ألعاب Quake 2 RTX و MineCraft RTX.

سيكون هناك أيضا تركيز علي معدل عرض اللعبة، فبدلا من معدل 30 صورة/30fps القديم، سيكون لدينا 60 صورة/60fps بقدر الامكان، وكل هذا لن يكون ممكنا أو حتي ممكنا جزئيا مع دقة 8K، بل لن يكون ممكنا مع وضوح 4K نفسه!

نعم عزيزي القارئ، لقد قرأت هذا جيدا، فالمطورون وصانعي الألعاب وصانعي أجهزة الألعاب يدركون جميعا الآن الفخ الذي أوقعهم فيه الانسياق وراء العبارات الدعائية البراقة مثل وضوح 4K، وهو الوضوح الذي اكتشفوا أنه يعوق أي تقدم رسومي حقيقي بامكانيات العتاد وتقنيات التصنيع الحالية، سيعوق زيادة رسوم الألعاب عن طريق تقنيات الاضاءة القوية وتقنيات تتبع الأشعة، سيعوق زيادة معدل عرض الصور في اللعبة frames per second/fps، سيعوق زيادة حجم ودقة خامات اللعبة Texture Resolution، سيكلف ذاكرة رسومية كبيرة تتعدي الـ 10GB، كل هذا يحتاج الي عتاد قوي بقوة حوسبية كبيرة علي دقات الوضوح المعتادة مثل 1080p و 1440p، فما بالك بـ4K؟ بل ما بالك بـ8K!

ولأجل هذا بدأ المطورون بالتدريج في انشاء حلول جديدة للتحايل علي وضوح 4K، لتشغيل اللعبة بوضوح 4K غير حقيقي أو مخفض بدرجة معينة غير ملحوظة، كي يتكمنوا من استغلال القوة الحوسبية في عمل رسوم أقوي، بدلا من أن تضيع في رسم عدد مهول من الألوان في وضوح 4K.

الكثير من ألعاب المنصات المنزلية لا يحقق وضوح 4K حقيقي 

ولقد بدأ المطورون في هذا بالفعل في جيل أجهزة PlayStation 4 و Xbox One، فأغلب الألعاب تعمل بدقات مكبرة (موسعة) upscaled resolution،  ويقوم المطور بتطويع طريقة التكبير بحيث يتفادي بعض عيوبه، بأن يقوم بتقسيم الشاشة الي رقع صغيرة، ويقوم بالتكبير فيها..  يطلق علي هذه الطريقة اسم checkerboard scaling، أو التكبير بالرقع، وهي تظهر بشكل أفضل من التوسيع العادي. لكنها تظل باهتة عن الدقة الأصلية أيضا حتي وان كانت قريبة منها في الوضوح.

مقارنة بين التوسيع العادي upscaling والتوسيع الرقعي checkerboard، الي اليسار الصورة الأصلية standard، تلاحظ ان التوسيع الرقعي هو الاقرب للاصل

بعض الألعاب تستعمل طرق أخري أيضا للتكبير، باعادة بناء الصورة طبقا للصور السابقة (من الزمن الماضي)، يطلق علي هذه الطريقة اسم Temporal Scaling أو التوسيع الزمني، وهي تعتمد في التوسيع علي الوان الصور السابقة لتصل الي نتائج دقيقة في الصورة الحالية، لكن يعيبها ظهور بعض الالوان الشبحية ghosting من بقايا الصور السابقة، كما أنها تظل أقل وضوحا من دقة العرض الأصلية أيضا.

بعض الالوان الشبحية ghosting الناتجة من التوسيع الزمني، وهي تظهر بشكل نادر

الكثير من الألعاب تستعمل تقنية دقة العرض المتغيرة Dynamic Resolution، وتختص بتغيير دقة العرض تلقائيا طالما أن عدد اطارات اللعبة اقل من 60fps .. وتفعل هذا تدريجيا حتي تعمل اللعبة بمعدل 60fps بشكل ثابت. أحيانا تدعي التقنية باسم دقة العرض التكيفية Adaptive Resolution.

علي سبيل المثال، اذا كانت اللعبة تعمل بمعدل 40fps علي دقة 2160p/4K فان هذا الخيار يقوم بتقليل دقة العرض بالتدريج حتي تعمل اللعبة بمعدل 60fps، فمثلا، يقوم بتقليل الدقة الي 2000p فيزيد معدل عرض اللعبة الي 45fps ثم يقلل دقة العرض الي 1800p فيزيد معدل عرض اللعبة الي 50fps  ثم يقلل الدقة الي 1660p .. الخ، حتي يصل معدل العرض الي 60fps .. يحدث هذا في أجزاء صغيرة من الثانية .. وتعود دقة العرض مرة أخري الي 2160p/4K عندما يعود يكون بمقدور اللعبة العمل علي معدل العرض 60fps  دون انخفاضات . تمتاز هذه التقنية بأنها تلقائية التطويع Automatic وتتم دون تدخل من المستخدم، الذي لن يلاحظ التغيرات في دقة العرض أثناء اللعب.

كل هذه الحلول توفرت في الجيل السابق، لكن الجيل القادم سيحوي المزيد من الحلول التي ستكون أكثر فعالية وقوة.

تكبير الصورة باستخدام التعلم العميق والذكاء الاصطناعي:

بدلا من التكبير بالرقع checkerboard سنقوم ببناء عناصر الصورة عنصرا عنصرا باستخدام منطقيات حسابية تعتمد علي التعلم العميق والذكاء الاصطناعي، الذي يقوم بتحليل عناصر الصورة علي دقة العرض الصغيرة (مثلا 1440p) ثم بناءها بدقة عرض كبيرة (مثلا 2160p).

ولدينا تطبيق عملي لهذه الطريقة بالفعل، وهو تقنية DLSS من NVIDIA، والتي تتولي تشغيل اللعبة بدقة وضوح اقل، مثلا 1440p ثم تتولي تعظيمها الي 2160p أو 4K باستخدام الذكاء الاصطناعي Artificial Intelligence، ووحدات مصفوفات الذكاء الاصطناعي Tensor Cores الموجودة علي بطاقات RTX، لتحصل علي جودة صورة قريبة من 4K وبأداء مماثل لدقة 1440p.

فعلي سبيل المثال، يمكنك تشغيل لعبة Anthem بسرعة 60fps، علي دقة 1440p، باستخدام بطاقة RTX 2070, اما علي دقة 4K فتحصل علي أداء اقل: 35fps. لكن مع تقنية DLSS يمكنك تشغيلها بدقة 4K وسرعة 55fps وهي زيادة قدرها 50% فوق دقة 4K الاصلية وبجودة صورة مماثلة تماما لدقة 4K الأصلية.

ولقد أصبحت هذه التقنية جزءا من مكتبة Direct X12 الرسومية بالفعل (وهي المكتبة التي تعمل علي الحاسب الشخصي PC وجهاز Xbox)، فبعد تحديث جديد، تستطيع المكتبة الان استغلال خوارزميات الذكاء الاصطناعي في رسم مؤثرات رسومية جديدة او في تحسين الذكاء الاصطناعي في الالعاب. وتنتوي Microsoft استغلال هذه الخاصية في مضاعفة دقة وضوح العرض Resolution في الالعاب، دون تكلفة أداء كبيرة. وهو الامر الذي يشبه تقنية DLSS من NVIDIA.

ولقد سمت Microsoft التحديث باسم DirectX Machine Learning أو DirectML اختصارا. وفيه تنتوي الجمع بين الذكاء الاصطناعي Artificial Intelligence والتعلم العميق Machine Learning، لتحسين رسوم الألعاب ..

ومن خلال هذا التحديث ستتمكن الألعاب من استغلال وحدات الذكاء الاصطناعي الموجودة في بطاقات RTX، لكي تقوم بتحسين وضوح العرض Resolution، وقد أوضحت Microsoft هذا الأمر من خلال شراكتها مع NVIDIA، عندما قامت بعمل استعراضات لاستخدام الذكاء الاصطناعي في تعظيم دقة عرض الألعاب Resolution UpScaling، وفي القضاء علي التعرجات Aliasing في الرسم باستخدام الذكاء الاصطناعي أيضا.

مقارنة بين تعظيم الصورة بدون الذكاء الاصطناعي (الي اليمين) وباستخدام الذكاء الاصطناعي من خلال DirectML (الي اليسار)، لاحظ فارق الوضوح

مع استخدام الذكاء الاصطناعي (اقصي اليمين) فان التعرجات في الأسلاك تكون أقل .. 

مع استخدام الذكاء الاصطناعي (اقصي اليمين) فان التعرجات في الخطوط تكون أقل .. 

مقارنة بين جودة الصورة في DLSS علي دقة 4K وبين دقة 4K بدون  DLSS، نلاحظ ان DLSS يقدم جودة صورة مماثلة لـ 4K بل وأفضل كذلك! لاحظ الدائرة الحمراء فوق الجندي، تجد أنها مكتملة الاستدارة مع DLSS، أما بدون DLSS فتظهر متقطعة وناقصة، وهذا دليل علي قوة تقنية التكبير بالذكاء الاصطناعي في بناء عناصر الصورة بطريقة كاملة.

تقنية الرسم ذو المعدل المتغير Variable Rate Shading:

وتختص هذه التقنية برفع أداء اللعبة في المشاهد الثابتة عن طريق اختصار الرسم المبذول بما لا يضر بجودة الصورة دون التأثير علي دقة العرض Resolution. ولقد دعمت Microsoft هذه التقنية في آخر اصدار من مكتبة DirectX 12 ..وأطلقت الشركة عليها نفس الاسم Variable Rate Shading أو VRS اختصارا (بمعني معدل الرسم المتغير).

ويختص معدل الرسم المتغير بتقليل العمليات الحسابية علي الرسوم الثابتة في المشاهد .. فبدلا من أن يضيع المعالج الرسومي وقته في عمل عمليات حسابية معقدة علي أجزاء ثابتة من المشهد، مثل حائطا أو سماء، فانه يختصر من رسم تلك الأجزاء، ويقوم بتركيز جهده علي الأجزاء التي تتغير في المشهد. فهي التي تحتاج عمليات حسابية معقدة.

المربعات الصفراء والخضراء تخضع لعمليات حسابية أقل لأنها ثابتة في المشهد (الطريق لا يتغير) ..

تختصر التقنية أيضا من رسم الاجسام المتحركة بسرعة شديدة .. فمع تلك السرعة الكبيرة يصير تمييز تفاصيل الأجسام عسيرا، لهذا فلا داعي لرسمها بكامل تعقيدها في كل صورة طالما كانت سرعة الحركة شديدة، ايضا لا داعي لرسم مؤثرات تشوش الحركة Motion Blur و بؤرة العدسة Depth Of Field بكامل تعقيدها مع تلك الاجسام.

في الصورة بالأعلي تقوم اللعبة بالاختصار في رسم العناصر الثابتة في المشهد، وهي أرضية الطريق (الأسفلت) حيث أنه لا يتغير، كما أن اللاعب لا يلاحظه جيدا أثناء السير بسرعات عالية بالسيارة. والأجزاء الملونة بالأصفر والبنفسجي في المشهد تخضع لعمليات حسابية أقل تعقيدا لأنها شبه ثابتة (الطريق شبه ثابت) ..

تختصر التقنية كذلك من رسم الاجسام التي تقع في طرف الشاشة بعيدا عن مركز رؤية شبكية العين Fovea .. ويفيد هذا بشدة في المشاهد التي يعلم فيها مطور اللعبة اين يقع بصر اللاعب بالضبط وفي مشاهد استعراض الاشكال والاجسام في منتصف الشاشة امام خلفية ضبابية او مشوشة blurred .. وفي العاب الواقعية الافتراضية VR.

و التقنية بشكل عام مفضلة عن تقنيات تغيير دقة العرض الديناميكية dynamic resolutions أو التكبير بالرقع الموجودة في العديد من الألعاب،  فالرسم المتغير لا يؤثر علي حدود أو حواف الأجسام أو علي وضوحها أو شدة روزها، وانما يؤثر فقط علي تفاصيلها الداخلية الغير ملحوظة. وهذا بعكس التغير في دقة العرض، الذي يتسبب في بهتان وتشوش حدود الأجسام وحوافها مما يتسبب في احتياج اللاعب الي مستويات أعلي من تنعيم الحواف Anti Aliasing.

وبسبب الاختصار في العمليات الحسابية علي الأجزاء الثابتة في المشاهد، فان البطاقة الرسومية تحصل علي أداء أعلي في تلك المشاهد، دون التضحية بجودة الصورة أو التأثير بالسلب علي جودة الرسوم. وبشكل عام، فان التقنية تساعد بشدة في دقة وضوح 4K، ويظهر تأثيرها في زيادة الأداء كأوضح ما يكون علي هذه الدقة تحديدا، خصوصا مع البطاقات الرسومية الوسطي مثل RTX 2060 مثلا،  وقد وضعت NVIDIA مقارنات عديدة أوضحت كيف تكتسب بطاقة RTX 2060 ما يماثل نسبة 15% من الأداء الاضافي مع تشغيل التقنية.

وطبقا لاختبارات 3D Mark القائم علي مكتبة DX12، فإن نسبة زيادة الاداء المستخرجة من خلال التقنية تصل الي 50% علي بعض البطاقات الرسومية، وهي نسبة هائلة وذات فائدة جمة، خصوصا لتلك البطاقات ذات القدرة الضعيفة.

وحصلت بطاقات RTX من NVIDIA علي نسب زيادة في الأداء مماثلة أيضا، وصلت الي 46% باستخدام بطاقة RTX 2080Ti و 50% باستخدام بطاقتي RTX 2080 و RTX 2060.

وينتوي المطورون استغلال تقنية الرسم ذو المعدل المتغير في تقليل  العبأ الحسابي لدقة 4K وبالتالي زيادة الأداء علي هذه الدقة.

تكبير الصورة عن طريق مرشحات حدة الصورة Sharpen Filters:

مجموعة من التقنيات الجديدة البسيطة، التي تقوم بتكبير الصورة من دقة عرض صغيرة الي أخري كبيرة، بالطرق العادية،  ثم زيادة حدة وضوح الألوان فيها باستخدام مرشحات Filters خاصة.

المرشحات مخصصة لزيادة حدة الصورة Sharpness والقضاء علي الالوان الباهتة الوسطية الناتجة من تشغيل اللعبة بدقة عرض قليلة مثل 1440p علي شاشة 2160p كبيرة. فتخيل الاتي انت تشغل اللعبة بسرعة دقة عرض 1440p مع جودة صورة قريبة من دقة 4K.

يمكن من خلالها أيضا ازالة الضبابية blur وعدم وضوح التفاصيل الذي ينتاب الكثير من مشاهد الألعاب بسبب استعمال بعض المؤثرات التي صممت لزيادة الأداء، مثل قصر مسافة الرسم، والضباب الاصطناعي artificial fog .. ويمكن من خلالها ايضا ازالة الضبابية الناتجة عن استعمال مضادات تعرج تقريبية مثل FXAA أو TXAA أو TAA.

يمكن أيضا تشغيل اللعبة بدقات وسطية مثل 1800p  ثم تطبيق مرشح حدة الصورة أيضا، والحصول علي جودة صورة اقرب للـ 4K. بشكل عام ينتوي المطورون استخدام هذه التقنية في تخفيف وقع دقة 4K الكاملة علي الأداء.

الخلاصة:

قبل حتي أن يبدأ الجيل الجديد من أجهزة الألعاب، لدي المطورون ثلاثة أساليب جديدة للتحايل علي وضوح 4K الكامل وتكلفته العالية علي الأداء: بناء الصورة بالذكاء الاصطناعي AI Upscaling، وتكبير الصورة مع زيادة حدة ألوانها Sharpen، والرسم بالمعدل المتغير Variable Shading .. وكلها أساليب فعالة للغاية لا تضحي بجودة الصورة، وتوفرلا قدرا غير هين من الأداء، لذا فان المطورون ينتوون استغلال كل أسلوب فيها بشكل فردي أو استغلالهم جميعا معا في لعبة واحدة لتحقيق زيادة ضخمة في الأداء علي وضوح 4K.

فيمكن للعبة مثلا العمل بدقة وضوح 1440p (أو 2K)، ثم بناء الصورة باستخدام التعلم العميق والذكاء الاصطناعي الي 2160p (أو 4K)، مع زيادة حدة ألوان الصورة، وبهذا تحصل اللعبة علي جودة صورة طبق الأصل تقريبا لوضوح 4K الحقيقي، لكن بأداء 2K. ويمكن للمطور زيادة الأداء أكثر وأكثر عن طريق تفعيل الرسم بالمعدل المتغير لكي يختصر في رسم عناصر صورة 4K غير المهمة.

الكثيرين توقعوا أن يكون بديل وضوح 4K هو وضوح 8K في الجيل الجديد من الألعاب، لكن الحقيقة أن البديل الحقيقي لـ 4K هو تقنيات تحسين وضوح ما دون 4K وبناء الصورة بجودة محسنة ستقلد جودة صورة 4K لكن بتكلفة أداء أقل بكثير. إن المستقبل مشرق نحو التخلص من عبأ وضوح 4K غير المبرر، ولسوف تظهر تقنيات وأساليب أخري تساهم في تقليل العبأ أكثر وأكثر، كل هذا كي يتمكن المطورون من التركيز علي ما يهم حقا في عالم الألعاب: قوة وواقعية الرسوم ومعدل عرض اللعبة frames per second. ومن يدري قد تستخدم تلك التقنيات الجديدة في الحصول علي وضوح 8K غير حقيقي .. في بعض الألعاب!