تقنيات الذكاء الاصطناعي لكروت الشاشة: NVIDIA DLSS vs AMD FSR

منذ حوالي 20 عام، كان عالم الألعاب لا يزال في بداية ثورته الرسومية. في ذلك الوقت، كانت كروت الشاشة بالكاد تستطيع تشغيل أحدث عناوين الألعاب على الإعدادات المرتفعة ودقّات العرض الموجودة في ذلك الوقت. ولكن مع التطور التقني والرسومي لعالم الألعاب، ودخول العديد من التقنيات الرسومية الأثقل على العتاد، أصبحت الحاجة لكروت شاشة أكثر قوة أمراً لا بدّ منه. ولكن المشكلة التي كانت مُلازمةً لتطور العتاد -منذ ذلك الحين وحتى وقتٍ قريب- هي التطور الغير متوازن للعتاد مقابل القوّة الرسومية المُفرطة للألعاب. الأمر الذي دعا بعد ذلك لظهور ما نعرفه الآن باسم تقنيات تعظيم الصورة.

في عام 2007، وتحديداً مع ظهور لعبة مثل Crysis، كان الجميع في صدمة كبيرة. وكيف لا وهم أمام تُحفة فنيّة فريدة من نوعها من ناحية الرسوم في ذلك الوقت. فبالرغم من وجود مجموعة لا بأس بها من الألعاب الجيدة رسوميّاً، إلا أن Crysis كانت في مكانٍ آخر، وكأنها أتت برسوم من المُستقبل. ولكن بالرغم من هذا الجمال الرسومي، لم تكن هناك بطاقة رسومية واحدة تستطيع التعامل مع اللعبة بسهولة عند أعلى إعدادات رسومية. وقد تكرّر هذا الأمر مراراً وتكراراً حتى وصلنا عام 2019…

بمرور الأيام، أصدرت NVIDIA الجيل التالي من التقنية، الذي حمل في طيّاته الكثير من التطور من ناحية جودة الصورة، أو حتى الأداء. ولمنافسة غريمها التقليدي، قامت AMD هي الأُخرى بإطلاق تقنية FSR بجيلها الأول عام 2021، تبعتها بعد ذلك تقنية FSR 2 عام 2022، مع تطور أكبر في التقنية وجودة الصورة أيضاً. والآن ومع بداية عام 2024، أصبحنا نملك الجيل الثالث من تقنيتي FSR 3 و DLSS 3.5 -بل وحتى XeSS من Intel- مع الكثير من التحسّن في جودة الصورة وعدد الإطارات. فما هو الفارق بين تقنية FSR 3 و DLSS 3.5، وما هي التقنية الأفضل حالياً؟

كيف تعمل تقنيات تعظيم الصورة؟

قبل البدء في المقارنة بين التقنيتين، دعونا في البداية نستعرض كيف تعمل تقنيات تعظيم الصورة في الأساس. تستخدم كلّا من تقنيتي AMD FSR و NVIDIA DLSS تقنيات تعظيم الصورة الزمانية أو Temporal، وهي تقنية تسمح باستخدام تقنيات ترقية الصورة العصبية والترقية الثنائية لرندرة الصورة الأصلية على دقة أقل، ثم رفع دقتها للدقة المرغوبة، والحفاظ على التفاصيل الأصلية كما كانت عن طريق إعادة إنشاء المفقود منها باستخدام الخوارزميات المُخصصة لذلك.

لتوضيح الأمر ببساطة، دعونا نفترض أمراً. لنقل أنك تلعب الآن لعبة GOW، وتستخدم الدقة الأصلية للشاشة وهي 1080p مثلاً، وكارت الشاشة الخاص بك يشغل اللعبة بمتوسط 40 فريم. في هذه الحالة، فمتوسط 40 فريم ليس الأمثل للعب، وستحتاج لزيادة الأداء بشكلٍ ما، وهنا يأتي دور تقنيات تعظيم الصورة. لنقل أنك ستستخدم مثلاً تقنية FSR 2 في وضع Quality، في هذه الحالة سيتم رندرة المشهد عند دقة أقل من الدقة الأصلية، ولكن في نفس الوقت ليست أقل بكثير حتى لا نؤثّر على جودة الصورة النهائية بشكلٍ مُلاحظ. ولنقل 720p مثلاً.

في هذه الحالية، سيتم رندرة المشهد عند دقة عرض 720p، ومن ثم سيتم تطبيق عملية تعظيم الصورة التي يتم فيها ملء الفجوات ببكسلات جديدة، ولكن بطريقة مدروسة بحيث تكون الصورة النهائية مُشابهة للصورة الأصلية. يتم بعد ذلك تطبيق مجموعة من التقنيات الهدف منها تحسين هذه الصورة الجديدة، مثل ممانع التعرّج وتقنيات تحسين جودة الإكساءات وغيرها. 

الناتج النهائي هنا ممتاز للغاية. لقد حصلت على معدلات إطارات أعلى، حيث أن كارت الشاشة الخاص بك تعامل مع المشاهد التي أمامه وكأنك تملك شاشة بدقة عرض 720p، وليست 1080p. وفي نفس الوقت لم تخسر الكثير من جودة الصورة، حيث أن تقنيات التحسين المختلفة قامت بمعالجة هذه العيوب. بالطبع هذه الجودة تعتمد على مجموعة من العوامل، مثل الوضع أو Mode الذي تستخدمه (Quality-Balanced-Performance) وغيرها. فكل وضع من هذه الأوضاع يستعمل دقة مختلفة يرسم بها المشهد، وكلما كان الوضع أقرب للأداء، كانت الدقة التي تُعالج الصورة عليها أقل لتحصل على أداء أعلى، ولكن جودة صورة أقل قليلاً، وهكذا. 

ويُمكننا تلخيص الأوضاع والدقّات المقابلة لها على النحو التالي:

1. وضع الجودة أو Quality (ترقية بمقدار 1.5 مرة).
2. الوضع المتوازن Balanced (ترقية بمقدار 1.7x).
3. وضع الأداء Performance (ترقية بنسبة 2.0x).

كما يُمكننا أن نرى الجدول الرسمي الذي نشرته AMD لهذه النقطة، والذي بالرغم من أنه بالأساس تم إطلاقه مع تقنية AMD FSR 2.x، إلا أنه يُمكن استخدامه أيضًا مع الجيل الثالث من التقنية AMD FSR 3.x، بل ينطبق حتى على Nvidia DLSS 3.x.

وهذا ينقلنا إلى نقطة أخرى وهي…

هل تتساوى كل التقنيات في عملية التحسين؟

كما أشرنا منذ قليل، فإن الأساس المبني عليه تقنيات تعظيم الصورة في النهاية واحد. ولكن الاختلاف هنا يكون في الطريقة أو التكنولوجيا التي تتبعها الشركات في عملية التحسين. فالبعض يستخدم تقنيات الذكاء الاصطناعي، والبعض يكتفي بالتحسن البرمجي المبني على الخوارزميات. وفي الحقيقة، فإن التحسين المعتمد على الذكاء الاصطناعي -كما هو الحال مع تقنية DLSS- يُعطي في الكثير من الأحيان، أو أغلبها، نتائج أفضل.

تستخدم تقنية FSR 3 الترقية الزمانية (المعتمدة على مجموعة من الإطارات السابقة ضمن نطاق زمني)، والتي توفّر جودة جيدة للصورة. في المُقابل، وبالرغم من أن تقنية DLSS تستعمل أيضاً الترقية الزمانية ولكنّها معتمدة على الذكاء الاصطناعي. يقوم الذكاء الاصطناعي هنا باستخدام البيانات الأولية التي تم تدريبها باستخدام الـAI للعبة، ويقوم على أساسها بتحسين جودة الصورة ورفع دقّتها للحصول على نتيجة نهائية أفضل.

كيف تعمل تقنية الترقية باستخدام التعلم العميق Deep Learning Super Sampling؟

كما أشرنا منذ قليل، تعمل تقنيات تعظيم الصورة الموجودة حالياً على نفس المبدأ، غير أن تقنية DLSS تزيد عن البقية في أنها تستخدم الذكاء الاصطناعي لصقل عملية التحسين بشكلٍ أفضل، لذا دعوناً إذاً نوضّح هذه النقطة بشكلٍ أفضل.

لنقل أننا الآن نُريد تدريب الذكاء الاصطناعي على اللعبة X. هناك آلاف أجهزة الكمبيوتر العملاقة لدى NVIDIA والمُخصّصة للذكاء الاصطناعي التي سيتم تشغيل هذه اللعبة عليها عند الدقة الأصلية، وعند الدقّات المُختلفة الأعلى، ومع تشغيل ممانع التعرّج وبدونه وغير ذلك من الإعدادات. بعد ذلك يتم تسجيل هذه المعلومات التي تدرّبت عليها الأجهزة ووضعها داخل ملفّات التعريفات.

الآن كل ما يحتاج كارت الشاشة لفعله هو إنشاء الإطارات بدقتها الأصلية، ومن ثم تتنبأ أنوية tensor الموجودة على كارت الشاشة بالشكل الذي يجب أن تبدو عليه الإطارات عند عرضها بدقّة أعلى. أي أن هذا الأسلوب يُقلّل من العبء الحسابي الحاصل على كارت الشاشة في حال قام بعرض الإطارات بدقة أعلى، والسبب هنا هو تدخّل الذكاء الاصطناعي للقيام بهذه المهمّة بدلاً من كارت الشاشة.

مع DLSS 3.5، انضمّت ميزة جديدة إلى مجموعة أدوات الذكاء الاصطناعي، تسمى Ray Reconstruction. تقوم هذه التقنية الجديدة بتحسين جودة الصورة عند تشغيل تقنيات تتبع الأشعّة، حيث يتم استبدال مزيل الضوضاء المُستخدم في السابق بآخر يستخدم الذكاء الاصطناعي تم تدريبه بواسطة أجهزة الكمبيوتر العملاقة.

وبالطبع لا تحتوي تقنية AMD FSR 3.x ببساطة على مثل هذه الميزات، حيث يتم تحسين الصورة باستخدام الترقية الزمانية التقليدية ولا يوجد استخدام للذكاء الاصطناعي (على الأقل حتى هذه اللحظة). وهذا هو السبب الرئيسي في تراجع أداء بطاقات AMD عند تفعيل تتبّع الأشعّة و FSR مقارنة بما تُقدّمه DLSS مع تتبّع الأشعّة. 

نقاط التشابه بين تقنيتي DLSS 3.5 و FSR 3

عند الحديث عن تقنيتي FSR 3 و DLSS 3.5 في نسختيهما الأخيرتين، سنجد أن هناك الكثير من نقاط التشابه والاختلاف بين التقنيتين. وذكرت تحديداً تقنيتي FSR و DLSS لأنهما الأقدم حالياً في السوق، وتدعمان ترسانة أكبر من الألعاب.

الجدير بالذكر هنا أن دعم هذه التقنيات يتم بشكل أساسي من خلال مطوري الألعاب أنفسهم، حيث أنها ليست تقنيات يتم تفعيلها من خلال برنامج القيادة مثل AMD Fluid Motion Frames. ولذلك ستجد أن هناك ألعاباً تدعم تقنية AMD فقط، وأخرى تدعم تقنية DLSS فحسب، وغيرهما تدعم كلتا التقنيتين، أو حتى التقنيات الثلاثة FSR، DLSS و XeSS.

1- استخدام الترقية الزمانية Temporal Upscaling

الأمر المتشابه بينهم جميعاً هو أن الضغط على البطاقة الرسومية يقل بشكلٍ واضح، وبالتالي يُمكنها توفير أداء أفضل، أو السماح لك بزيادة الإعدادات الرسومية في حال كان مستوى الإطارات مناسب. حيث أن تقنية الترقية الزمانية Temporal Upscaling تسمح باستخدام معلومات الإطارات السابقة وليس فقط الحالية (كما في حالة الترقية المكانية Spatial)، مما يتطلب فقط حساب 50 إلى 67 بالمائة فقط من دقة الإطارات المُستهدفة اعتمادًا على الوضع المٌستخدم بالطبع. كما أنه يقلل من الوميض والظلال والمشاكل المرئية الأخرى.

2- توافر القدرة على إنشاء الإطارات Frame Generation

تحتوي تقنيتي FSR 3 و DLSS 3.5 أيضاً على تقنية جديدة في نسختهما الأحدث تُسمّى "حساب الإطارات البينية أو Interframe Calculation. وتقوم هذه التقنية بإنشاء إطارات كاملة اعتماداً على الإطارات الموجودة بالفعل، وتضعها بين الإطارات القديمة. وبذلك تتم مضاعفة عدد الفريمات تقريباً، لتحصل في النهاية على معدلات إطارات مهولة.

ولكن بالرغم من ذلك، تُعاني هذه التقنية الجديدة من مشكلة واحدة وهي تأخّر زمن الإدخال. حيث أن الفريمات التي يتم توليدها من التقنية هي فريمات افتراضية بالكامل، ويتم وضعها بين الفريمات الأصلية، الأمر الذي يؤدّي إلى زيادة زمن التأخير (وهو الزمن الذي يأخذه الكمبيوتر لتنفيذ أوامر الضغطات التي تُصدرها لوحة المفاتيح أو الماوس). وهنا يأتي دور تقنية مثل Reflex أو AMD Radeon Anti Lag، لتقوم بمعالجة هذه المشكلة.

بالطبع هذه المشكلة ليست مُلاحظة بشكلٍ كبير مع ألعاب AAA، ولكنها بالتأكيد ستُسبّب لك مشاكل مع ألعاب الرياضات الإلكترونية، حيث أن كل مللي ثانية قد تكون الفاصلة بين الفوز والخسارة.

3- توافر ممانع تعرّج منفصل عن التقنية

ولإكمال مكتبة الميزات التي توفّرها التقنيتين، توفر كلّاً من FSR 3 و DLSS 3.5 وضعاً خاصّاً لممانع التعرّج. تُسمّي AMD تقنيتها Native Mode، في حين تُطلق Nvidia عليه اسم Deep Learning Anti Aliasing (أو DLAA اختصاراً). وتقوم هذه التقنيات بتطبيق نفس ممانع التعرّج الخاص بتقنيتي DLSS و FSR، ولكن هذه المرة بدون تطبيق أي تعظيم للدقة الأصلية.

وبالتي يُمكننا تلخيص الميزات المتشابهة بين تقنيتي FSR 3 و DLSS 3.5 كالتالي:

1. استخدام تقنية الترقية الزمانية لتعظيم الصورة.
2. توفير تقنيات إنشاء الإطارات، التي توفر إنشاء فريمات بينية بين الفريمات الأصلية. 
3. إعدادات الجودة المسبقة ("أوضاع تعظيم الصورة") بدقة تتراوح من 1.5x إلى 2.0x من الدقة الأصلية.
4. إمكانية تطبيق ممانع التعرّج الخاص بالتقنية، بدون أي تعظيم للدقة الأصلية.

ما هي الفوارق بين تقنيتي FSR 3 و DLSS 3.5؟

على الرغم من أن تقنيتي تعظيم الصورة يعملان بشكل أساسي على نفس المبدأ، إلا أن طريقة التنفيذ وتحسين الصورة تختلف من تقنية إلى أُخرى كما أشرنا في الأعلى. ولكن في الحقيقة ليست هذه هي الاختلافات الوحيدة بين التقنيتين، فكل من هاتين التقنيتين على سبيل المثال تدعمان مجموعة مختلفة من كروت الشاشة. لذا دعونا نُبحر معاً مرّة أخرى، ولكن هذه المرة لنرى ما هي الفوارق بينهما.

1- الدعم التقني والعتادي

كما هو الحال مع العديد من التقنيات العتادية والبرمجية، تتمتّع كل من تقنيتي FSR 3 و DLSS 3.5 بدعم مختلف. فمن ناحية، تأتي تقنية DLSS 3.5 -كما هو الحال مع كل أجيال DLSS- مدعومة فقط من كروت NVIDIA RTX، وذلك لأنها تعتمد بشكل أساسي على أنوية الذكاء الاصطناعي Tensor Cores الموجودة داخل بطاقات RTX. بل وتوجد بعض الخصائص -التي يوفّرها حصراً هذا الجيل من التقنية- المدعومة فقط من الجيل الأخير من كروت NVIDIA RTX 40. أحد تلك التقنيات هي تقنية DLSS 3 Frame Generation.

ولكن على الجانب الآخر، توفّر تقنية FSR 3 دعماً أوسع حيث أنها لا تعتمد على الجانب العتادي لكروت الشاشة، وهو ما يجعلها تقنية مفتوحة المصدر. هذا يعني أن التقنية يُمكنها العمل على كل كروت الشاشة تقريباً، سواء من AMD (بدايةً من سلسلة RX 400 وحتى الجيل الحالي) أو حتى من NVIDIA (كروت GTX 1000 وحتى جيل RTX الحالي) وأخيراً بطاقات Intel ARC Alchemist الجديدة.

2- اختلاف تقنية تحسين الصورة

كما أشرنا في الأعلى، تستخدم تقنية FSR مزيجًا من الترقية الثنائية وتقنيات تعلم الآلة لتحسين جودة الصورة. حيث تُعيد التقنية بناء التفاصيل والأنسجة عند دقة عرض أقل يتم تعظيمها بعد ذلك وإجراء تحسينات عليها. في المُقابل، تعتمد DLSS بشكل أساسي على تقنيات تعلم الآلة وبيانات الذكاء الاصطناعي. وتستخدم الشبكات العصبية لتحويل الصور ذات الدقة المنخفضة إلى صور ذات دقة أعلى، وإعادة بناء التفاصيل والأنسجة والتحسين عليها.

3- دعم أجهزة الألعاب والانتشار

كما أشرنا مُنذ قليل، أحد الميزات الفريدة في تقنية FSR 3 وما قبلها من الأجيال مقابل تقنية NVIDIA هو أنها مفتوحة المصدر. هذا الأمر يجعل من السهل تبنّي التقنية من العتاد المُختلف، بل وحتّى الأجهزة المُختلفة مثل منصّات الألعاب المنزلية، والأجهزة المحمولة. لذا فإن تقنية FSR يُمكن أن تجدها مع منصّات الألعاب المنزلية مثل PS5 و Xbox، وهو ما يعني أنها أكثر انتشاراً.

المقارنة الواقعية من حيث الجودة

للمقارنة بين التقنيتين من ناحية الجودة الخاصة بالصورة، اختبرنا التقنيتين من خلال لعبة Immortals of Aveum التي تدعم أحدث الأجيال من تقنيتي تعظيم الصورة، وقد كانت النتيجة جيدة للغاية. فمن ناحية، سنجد أن تقنية FSR 3 تتمتع بُمرشّح أقوى من ناحية التفاصيل الخاصة بالصورة، أي أنها تحافظ على جودة الإكساءات بشكلٍ أفضل، ولكنها في نفس الوقت ليست الأفضل من ناحية الحواف. وفي المُقابل، توفر تقنية DLSS حوافاً أفضل وأكثر نعومة، وسلاسة أكثر للصورة، ولكن مع تفاصيل أقل قليلاً مقارنةً بتقنية FSR 3.

تُقدّم تقنية FSR 3 مشكلة أُخرى -ولو أنها غير ملحوظة كثيراً- وهي التحبّب أو الترمّل في الصورة. هذه المشكلة تجعل الصورة النهائية تبدو وكأن بها حبيبات رملية، والسبب في ذلك هو المُرشّح القوي الخاص بها. يُمكنك التقليل من حدّة هذا الترمّل بالطبع عن طريق تقليل حدّة المُرشّح من الإعدادات الرسومية، أو حتى من خلال تعطيل إعداد film grain من الإعدادات الرسومية للعبة.

هذه الفوارق التقنية تؤدّي في الكثير من الأحيان إلى صورة أفضل من ناحية التفاصيل في حالة FSR 3، ولكن أقل من ناحية جودة الحواف، وتفاصيل الأجسام الصغيرة. وفي المُقابل تُقدّم DLSS 3.5 عادةً صورة أفضل من حيث الحواف، وتفاصيل الأجسام الصغيرة والبعيدة. كما أن التفاصيل الخاصة بالظلال والإنعكاسات ظهرت أفضل مع DLSS 3.5، كما شاهدنا في لعبة Cyberpunk2077.

لذا فإن الحكم النهائي على الأفضل هنا سيعتمد بشكل كبير على اللعبة، وما بذله المطورين من جهد لتطبيق التقنيتين فيها، لتجد مرّة هذه أفضل ومرّة تلك. وفي الحقيقة هذا أمر ممتاز للغاية بالنسبة لأصحاب بطاقات AMD، مقارنة بمستوى FSR 2 مقابل DLSS 2 مثلاً. هذه التطورات الكبيرة في جودة الصورة مع FSR 3، جعلت تقنية AMD تعود للمنافسة على جودة الصورة أيضاً، وهو أمر مُهم، ولكنّها لا تزال تتراجع أمام NVIDIA عندما يتعلق الأمر بتتبّع الأشعّة، خاصّة بعد تحديث DLSS الأخير.

فمع تحديث DLSS 3.5 الأخير، وتحديداً بعد جلب تقنية Ray Reconstruction إلى الطاولة، حصلت التقنية على تحسّن كبير للغاية. حيث تم تحسين جودة تتبّع الأشعة، بما في ذلك الانعكاسات والظلال والانعكاسات المُحيطية Ambient Reflection. وهذا بالطبع ستحصل عليه مع كروت RTX 40 التي تدعم هذه التقنية تحديداً.

هل تستبدل تقنيات تعظيم الصورة دقّات اللعب الأصلية؟

حسناً، وصلنا الآن إلى نهاية مقالنا اليوم، ولكن لا زال هناك سؤال واحد قد يجوب في خاطر القراّء وهو: هل يُمكن أن تستبدل تقنيات تعظيم الصورة دقّات اللعب الأصلية؟ وللإجابة على هذا التساؤل دعونا نستعرض أولاً بعض الأمور، حيث أن الإجابة على هذا السؤال ليس بهذه البساطة.

كما أشرنا منذ قليل، فإن تقنيات تعظيم الصورة سواء من AMD، NVIDIA، أو حتى من Intel جميعها تحتاج إلى دعم تقني من مطوّري الألعاب حتى تعمل في العناوين الخاصّة بهم. فبدون دعم مباشر للتقنية من شركات الألعاب والمطوّرين، فلا يُمكن تشغيل هذه التقنيات بشكل مباشر عن طريق التعريفات مثلاً (باستثناء تقنية FMF الجديدة من AMD). وحتى إن تم ذلك فلن تحصل على جودة الصورة التي توفرها التقنيات التي تم تحسينها من قبل المطورين.

الأمر الآخر هو أن هذه التقنيات -بالرغم من التطور الكبير في جودة الصورة الخاصة بهم- لا تزال تُعاني من بعض المشاكل البسيطة في جودة الصورة كما أشرنا في التجربة العملية في الأعلى. فالصورة النهائية لن تكون مُطابقة تماماً للدقة الأصلية، وستجد نفسك في النهاية أمام تعرّجات أسوأ للحواف، أو تفاصيل أقل للإكساءات، أو غير ذلك من المشاكل البسيطة في الصورة.

الحل الأمثل لبطاقات الفئات الدُنيا!

ولكن على الجانب الآخر، هناك مكاسب كبيرة في الأداء، سواء في الوضع العادي، أو عند تشغيل تقنيات تتبّع الأشعّة. كما أن مستويات الأداء الأفضل هذه تُعطي فرصة أكبر لأصحاب الأجهزة الأقل تكلفة، أو حتى هؤلاء الذين يستخدمون المعالجات الرسومية المُدمجة في معالجاتهم (مثل معالجات APU). أو حتى مُحبّي ألعاب الرياضات الإلكترونية الذين لا يهتمون كثيراً بجودة الصورة مقابل الإطارات الأعلى.

وبناءً على كل ما سبق، يُمكننا القول أن تقنيات تعظيم الصورة FSR 3 و DLSS 3.5 لم تستبدل بعد دقّات الألعاب الأًصلية، ولكنّها وبلا شك تُشكّل الإطار القادم لمستقبل الرسوم في الألعاب.