DirectX 11، طفرة جديدة.أم فرقعة خاوية؟
في كل مرة تعلن فيها Microsoft استعدادها لطرح اصدار جديد من منصة Direct X ، يبرز تساؤل معتاد هل سيحسن هذا الاصدار من رسوميات الألعاب ؟ هل ستقترب الرسوميات من العروض المرئية (الأفلام) ثلاثية الأبعاد الخاصة بالمحترفين ؟والسؤال الأخير بالذات هو الأهم، ذلك لأن التشابه بين الألعاب وبين هذه العروض،هو استخدام كليهما للصور (الرسوميات) المولدة عن طريق الحاسوب Computer Generated Imagery ، مع فارق الجودة الفائقة لهذه الصور في عروض المحترفين ،والجودة الفائقة لهذه الصور (الرسوم) تعود بشكل كبير الي المجهود الهائل الذي يبذله الرسامون ، أو مصممو الرسوم ، فهم يعطون عناية تثير الغيظ لكل صغيرة وكبيرة في رسومهم ، حتي تخرج في أروع صورة ممكنة ، وتخطف القلوب والأبصار عند عرضها في دور العرض . ويتم تصميم هذه العروض عن طريق نظام المنصات ، حيث يتم تصميم كل مشهد بكامل شخصياته وجماداته ، ثم اختيار أفضل زاوية تصوير مع اضاءة ممكنة .
في اثناء مرحلة التصميم تلك تكون الشخصيات والجمادات محتوية علي اقل نسبة تفاصيل ، فقد تظهر في صورة المربعات الشبكية ، أو باستخدام ألوان محدودة ، وباستخدام مؤثرات اضاءة و ظلال بدائية أو غير فائقة.
والسبب في ذلك هو عدم وجود عتاد قادر علي رسم هذه المشاهد بكل تفاصيلها الدقيقة للغاية ، في نفس الوقت الذي تمكن فيه المصمم من التحرك بحرية داخل المشهد ، هذا مستحيل ! ، لأن كمية التفاصيل مخيفة جدا وهي أن تفوق قدرات أي حاسوب خارق Super Computer ،لذا كان من اللازم التخلص من كل هذه التفاصيل لاعطاء المصمم حرية الحركة داخل المشهد ، واختيار زوايا التصوير المناسبة ، واضافة وازالة وتعديل ما يراه مناسبا في المشهد ،ثم بعد ذلك تأتي مرحلة اضافة كل التفاصيل الناقصة ، وكل مل يقوم به المصمم في هذه المرحلة هو ضغط زر ارسم Render في برنامجه ، ليترك حاسوب الرسم يقوم بالباقي ،والباقي هنا هو اضافة كل التفاصيل الناقصة علي المشاهد ، لتخرج بالصورة الرائعة التي نراها في هذه العروض .
وحاسوب الرسم هذا ليس جهازا عاديا ، وانما هو مزرعة أجهزة ! ، فهو يتكون عادة من 100 الي 300 حاسوب ، متصلين في شبكة داخلية LAN عملاقة ، وكل حاسوب لا يحوي سوي معالجا مركزيا، وشريحة ذاكرة عشوائية ، وقرصا صلبا صغيرا ،ويتم توزيع مهام الرسم واضافة التفاصيل علي كل هذه المعالجات ، وتسير العملية مشهدا بمشهد ،وتستغرق ساعات طويلة جدا ، تتعدي الأيام ، حتي يكتمل مشهد ما ، ويأتي المصصمون ليروا نتاج ابداعهم في هذا المشهد،وهذه هي اللحظة الوحيدة التي يعرف فيها المصمم الجودة النهائية للرسوميات والتفاصيل التي أضافها ، أي أنها اللحظة الوحيدة التي يتسني للمصمم فيها رؤية العرض المرئي ثلاثي الأبعاد بشكل حيّ ، فاذا لم تعجبه هذه الجودة ، عاد من جديد الي شبكاته المربعة ، وأضاف تعديلاته ، ثم يعيد عملية الرسم Render من جديد.
وهنا نلاحظ أن وضع المصمم يختلف عن وضع اللاعب ، فلم تحن له الفرصة لرؤية التفاصيل الرائعة التي أضافها ، الا في النهاية ، وبعد فترة طويلة من الزمن، وذلك علي عكس ما يحدث في الألعاب ، حيث يضيف المصمم التفاصيل ويطبقها في التو واللحظة ، ليري منظرها بعدها بثوان معدودة أو في الحال ،ويرجع ذلك لأن التفاصيل الموجودة في الألعاب لا تبلغ واحد علي مئة من التفاصيل الموجودة في عروض المحترفين ، والعتاد الحالي قادر بكفاءة علي التعامل مع تفاصيل الألعاب المحدودة واضافتها في لحظات لا تذكر .
تسمي عملية الرسم في عروض المحترفين باسم Offline Rendering ، أو الرسم غير الحاضر ، حيث ترسم المشاهد بعد بدأ المعالجة بوقت طويل ،أما في الألعاب فتسمي العملية Online Rendering ، أو الرسم الحاضر ، فالمشاهد تصبح حاضرة أمام المصمم بعد لحظات معدودة للغاية ،وكأنها في التو واللحظة ،وهذا راجع لاختلاف طريقتي الرسم في كمية التفاصيل التي تحويها كل منهما ،لكن ما هي تلك التفاصيل بالضبط ؟ وكيف تؤثر بهذه الطريقة علي عملية الرسم ؟
أولا : المضلعات Polygons :
وهي الخلايا التي تتكون منها كل الأجسام ثلاثية الأبعاد ، وهي تؤثر بالدرجة الأولي علي حواف الشكل ،هل تريد شكلا ذا حواف انسيابية متناسقة ، ويا حبذا لو كانت حوافه مستديرة في نعومة ، مثل أشكال أصابع الشخصيات ،اذن فعليك بزيادة عدد هذه المضلعات (الخلايا) ،هل لاحظت أن اصابع الشخصيات في الألعاب دائما ما تكون مربعة الحواف ، وليست ناعمة كما هي في الواقع ؟هل لاحظت كيف أن أصابع الشخصيات في عروض المحترفين تكون أنعم حتي من العالم الحقيقي ؟هذا التأثير سببه عدد المضلعات ، ففي عروض المحترفين ، يخصص لكل شكل عدد مضلعات (خلايا) هائل جدا ، يفوق أضعاف ما يوجد في ألعاب كاملة (بكل مشاهد هذه الألعاب وأشكالها) . لذا تري الأجسام (الشخصيات والجمادات ) في هذه العروض بحواف قمة النعومة والانسيابية ، وتبدو طبيعية للغاية.
الي اليمين ، يد بعدد مضلعات كبير ، الي اليسار نفس اليد بعدد مضلعات منخفضة وهذا يضع ثقلا لا يمكن تخيله علي أي حاسوب ، فالحاسوب الذي يرسم 3000 مضلع (خلية) ، لا يتساوي مع الحاسوب الذي يرسم 3 مليار مضلع !
ثانيا : الكساءات Textures :
وهي تفاصيل سطح الأكشال ثلاثية الأبعاد . وهي تختلف عن المضلعات ، فالمضلعات تختص بحواف الشكل ، بينما تختص الكساءات بمساحة السطح كله ، فهي التي تعطي الشكل ملمسه وخامته ، فصندوق الخشب لن يظهر كصندوق خشب ، الا بعد اضافة كساءات بشكل الخشب ، أي تعطي ملمس ومنظر وخامة الخشب ، ولو تم اضافة كساءات لها خامة الحديد ، يظهر الصندوق بشكل حديدي .
الي اليمين ، الشكل بدون كساءات ، الي اليسار ، نفس الشكل بعد اضافة الكساءات،والكساءات هي صور يقوم المعالج بلفها حول الشكل ثلاثي الأبعاد ، ولفها هنا كلمة دقيقة ، فبنفس الطريقة التي تقوم فيها أنت بتغليف علب الهدايا بورق السلوفان ، فان المعالج يقوم بلف هذه الصور حول الشكل ثلاثي الأبعاد ،في عروض المحترفين ، تكون تلك الكساءات علي أعلي جودة ممكنة ، ولأن الكساءات هي صور ، فجودة الصور العالية تتحقق بمعامل دقة Resolution عالي ، وهو ما يحدث في عروض المحترفين ، فتجد الكساءات بدقة 4096X4069 ، واكثر من ذلك ، بينما تكون محظوظا اذا وجدت كساءات أعلي من 1920x1080 في الألعاب الحالية .
ثالثا : الاضاءة Lighting and Shading :
وهي غنية عن التعريف ، فهي ببساطة محاكاة لسقوط الضوء علي الأشكال ثلاثية الأبعاد . لا تختلف الاضاءة كثيرا بين عروض المحترفين والألعاب ، لأن الاضاءة هي الاضاءة في كل مكان ، لكن في عروض المحترفين ، يصبح عبأ الاضاءة اكبر بكثير ، نتيجة عدد المضلعات الخيالي ودقة الكساءات الفائقة .
رابعا : محاكاة الطبيعة Physics :
وهي تبلغ أقصي ما تبلغ في عروض المحترفين ، فحركة الأنسجة الطبيعية ، مثل الملابس والفراء والريش ، تكون واقعية تماما ، فهي تتأثر بالانثناء والشد والقطع والتشوه والرياح ، وبنفس الدرجة يتم محاكاة السوائل ، في الانسكاب والانتشار والتطاير واللزوجة والانسيابية ، كما يتم محاكاة الأجسام الصلبة ، في التكسر والانبعاج والتشوه وحتي الانصهار والتجمد . كما تحاكي الطبيعة الي درجة مذهلة ، في تأثيرات النيران والدخان والضباب ،وعند الوضع في الاعتبار عدد المضلعات وحجم الكساءات المطلوب محاكاتها طبيعيا ، في عروض المحترفين ، نستطيع تخيل المأزق السئ الذي تتورط فيه الحواسيب عندما تحاول رسم كل هذا.
ومن هنا نري كيف أن عروض المحترفين تسبق الألعاب في جودة رسومياتها بعدة قرون ! ، لكن هذا لم يمنع مطوري الألعاب من الرغبة في الوصول لجزء من هذه الجودة في ألعابهم ، لزيادة عامل الابهار ، والانغماس في الألعاب ،وحتي عام 2003 ، كانت رسوميات الألعاب ، قطعة من الخرق البالي ، علي كل المستويات ، من مضلعات أو كساءات أو اضاءة ، أو حتي ظلال ، مع فقر مؤثرات محاكاة الطبيعة . والاضاءة بالذات كانت هزيلة للغاية ، وغير موحية علي الاطلاق ! ولقد سبب ذلك ضيقا شديدا للمطورين ، فالفارق بين عروض المحترفين والألعاب كان واضحا جدا ، ويكفي أن تلقي نظرة علي أحد تلك العروض ، ثم تتبع ذلك بنظرة علي أقوي لعبة من ناحية الرسوميات ، حتي تشعر بالحسرة !
تغير ذلك مع طرح Microsoft ، لاصدراها لـ Direct X 9 ومن بعده Direct X 9.0c . فمع طرح هذا الاصدار ، فتحت Microsoft الباب علي قائمة طويلة من تأثيرات الاضاءة والظلال الفائقة ، التي اقتربت جدا من اضاءة عروض المحترفين . ولقد أصاب هذا الاصدار مطوري الألعاب بالحماس الشديد ، فالمؤثرات الجديدة تحسن من رسوميات الألعاب بدرجة غير مسبوقة ، لأنها تحسن من الاضاءة ، والاضاءة تؤثر علي كل شئ في الألعاب . ولقد بدأت ثورة الاضاءة ، مع ألعاب مثل Half Life 2 و Far Cry و Tribes Vengeance .
جمعت هذه الألعاب بين جودة الاضاءة المتميزة ، وعدد المضلعات المعقول ، والكساءات الدقيقة ، وبعض مؤثرات محاكاة الطبيعة .بينما علي الجانب الآخر ، كانت لعبة DOOM 3 ، تحطم الحواجز في عدد الظلال وتأثيرات الاضاءة الخافتة باستخدام تعليمات مكتبة OpenGL .وفي غمرة حماسهم ، اندفع المطورون في اضافة مؤثرات الاضاءة تلك ، ونسوا عدد المضلعات والكساءات تماما ،في السابق ، عندما يريد مطور ما تحسين رسوميات لعبته ، فأول ما يبدأ به هو عدد المضلعات فيها ، ويتبع ذلك بدقة الكساءات ، ,ظهر ذلك واضحا في ألعاب مثل Max Payne 2 و Unreal Tournament 2004 . أما في الأربع سنوات التي تلت أواخر عام 2003 ، فان الاهتمام تحول بدرجة كبيرة لمؤثرات الاضاءة Shader Effects ، علي حساب عدد المضلعات ودقة الكساءات ، واللذان تحسنا تحسنا طفيفا .
قد يجادل البعض ويقول أن عدد المضلعات زاد كثيرا ، وهو محق في رأية ، لقد زاد عدد المضلعات ، لكن نسبة زيادته في الأربع سنوات المنصرمة كانت محدودة للغاية ، فالمرء يتوقع أن عدد المضلعات يزيد للضعف علي الأقل كل عام ، وهو ما لم يحدث ،أما عن الكساءات ، فحدث ولا حرج ، فدقتها تحسنت بدرجة ضعيفة الي شبه متوسطة ، والألعاب التي تحتوي علي كساءات نقيّة ، هي ألعاب تعد علي الأصابع ،والأسوأ ان اصدار Microsoft التالي ، وهو Direct X 10 ، لم يحسن من هذا الحال كثيرا . ان اهمال مطوري الألعاب لهذه الجوانب من الرسوميات ، نابع من كونها غير مؤثرة بنفس درجة الزيادة في تأثيرات الاضاءة . لكن ذلك لم يمنع ظهور لعبة تغطي كل الجوانب السابقة ، بل وتزيد أيضا . أعتقد كلكم تعرفونها بالطبع ! وهي Crysis بالتأكيد .
وضع مطوروا اللعبة هدفا نصب أعينهم ،وهو الخروج بأفضل رسوميات ظهرت في لعبة علي الاطلاق ، وهو ما حققوه عن جدارة ، فقاموا أولا بزيادة عدد مضلعات الأشجار والشخصيات والجمادات ، كما رفعوا من دقة الكساءات الي حد كبير ، واستعملوا أفضل مؤثرات الاضاءة ، مع أقوي محرك لمحاكاة الطبيعة علي الاطلاق .وهذا هو سبب ثقل هذه اللعبة الشديد علي كل بطاقات الرسوميات ، فهي تشغل كل موارد المعالج الرسومي ، وهو سبب كونها تعتمد عليه بدرجة اكبر من المعالج المركزي ، حيث يعرف الجميع أن زيادة قوة المعالج المركزي لها تأثير طفيف للغاية علي أداء هذه اللعبة ،والشئ المستفز أن كل هذا تم بواسطة مكتبة Direct X 9.0c ، وليس DX10 . لكن برغم ما فعلته Crysis ، فانها لم تقترب تماما من مستوي عروض المحترفين ، لقد اقتربت جدا ، لكن ليس بما فيه الكفاية .
صورة احترافية لـ Crysis ، ورسوميات الصورة أعلي من رسوميات اللعبة .
ونعود للسؤال في بداية المقال ؟ هل هل سيحسن اصدار DX11 القادم من رسوميات الألعاب ؟ هل ستقترب الرسوميات من العروض المرئية (الأفلام) ثلاثية الأبعاد الخاصة بالمحترفين ؟ ولكي يحسن هذا الاصدار من الرسوميات ، فيجب عليه العمل علي المستويات التي تكلمنا عنها :المضلعات ، الكساءات ، الاضاءة ، ومحاكاة الطبيعة ،تعالوا نري التحسينات الجديدة التي سوف يجلبها هذا الاصدار علي المائدة :
أولا : تحسينات المضلعات :
الترصيع العتادي Hardware Tessellation :بالتعاون مع العتاد الرسومي ، يتم مضاعفة عدد مضلعات الأشكال ثلاثية الأبعاد ، دون جهد كبير من المطورين ، ودون أن يمثل ذلك مصيبة حوسبية .
صورة للترصيع العتادي ، الي اليمين DX11 ، الي اليسار DX10 وبدون ترصيع .
صورة أخري ، الي اليمين DX10 ، والي اليسار DX11 مع الترصيع ،لاحظ قناع الغازات ..
صورة أخري ، الي اليمين بدون ترصيع، والي اليسار DX11 مع الترصيع ، لاحظ أن ثنيات العلم زادت ، وذلك بسبب زيادة المضلعات ..
صورة أخري ، الي اليمين بدون ترصيع ، والي اليسار DX11 مع الترصيع ، سقف المنزل..
ثانيا : تحسينات الكساءات :
ضغط الكساءات Texture Compression :ضغط الكساءات هي تقنية قديمة ،تستعمل في ضغط صور الكساءات ، بحيث تقلل من أحجامها (لتقليل الضغط علي الذاكرة) ، وفي نفس الوقت تحتفظ بجودة صورتها ، وهذا يتيح استعمال كساءات بأحجام أكبر ، وبجودة افضل ، حيث أن تلك الأحجام الكبيرة ، ستصبح متوسطة المساحة بعد تعرضها للضغط ،ظهرت المشكلة في تلك الكساءات التي تتعرض لمؤثرات الاضاءة فائقة السطوع HDR ، أو المدي العالي المتغير ، High Dynamic Range ، حيث كان من الصعب ضغط تلك الكساءات ، و تقنية الاضاءة تلك منتشرة للغاية في ألعاب الجيل الحالي ، ومنع هذا من ضغط الكساءات في هذه الألعاب . لكن مع صدور DX11 ، اصبح ذلك ممكنا مرة أخري ، ويحقق ذلك هدفين كما قلنا يقلل من أحجام الكساءات ، مما يقلل الضغط علي ذاكرة المعالج الرسومي ،ويمكن من استخدام دقات أعلي للكساءات .
ثالثا : تحسينات الاضاءة :
لا توجد، وهذا منطقي ، فالاضاءة هي الاضاءة في كل مكان ، واضاءة DX9 اكثر من كافية .
رابعا : تحسينات محاكاة الطبيعة :
خامسا : تحسينات أخري لا تؤثر كثيرا :
يجلب هذا الاصدار عدد من التحسينات في جودة الظلال ، وهي لا تمثل دفعة كبيرة نحو رسوميات أفضل ، لكنها دفعة برغم ذلك .
الخلاصة :يأتي DX11 ، وفي أعماقة القدرة علي تحسين رسوميات الألعاب ، وتقريبها أكثر من جودة عروض المحتروفين ، وبالذات في الجوانب التي كانت مهملة : المضلعات والكساءات ، وعلي هذا ، فاذا تم استغلال هذا الاصدار علي النحو الأمثل ، فانه سيكون طفرة حقيقية . 1-يقلل من أحجام الكساءات ، مما يقلل الضغط علي ذاكرة المعالج الرسومي .
