ما هي تقنية RTX وكيف تعمل؟ وكيف ستغيّر من عالم الألعاب بشكل ثوري؟ - عرب هاردوير

نحن جميعًا نتذكر كيف كانت الألعاب منذ عشر سنين، ونعلم كيف هي الألعاب في يومنا هذا، هنا يُمكننا أن نضع أيدينا على حقيقة هامة جدًا وهي أن المجال التنقني آخذ في التطور بسرعة خارقة وخاصة مجال الألعاب أو الجيمنج، حيث أن ألعاب الـPC التي نراها اليوم هي ناتج تتطور كبير في المكونات الداخلية لأجهزة الكمبيوتر، التطور الكبير في محركّات الألعاب وكذلك زيادة خبرة صنّاع الألعاب وزيادة قيمة الألعاب السوقية والذي جعلها صناعة ناجحة بقدر صناعة السينما والعوامل الأساسية في نجاح هذه الصناعة هي قطع الهاردوير التي أصبحت تسمح بتشغيل ومعالجة تلك الرسوميات العظيمة مثلما في The Witcher 3 على سبيل المثال فهي لعبة تأتي برسوميات رائعة وبديعة، إلا أن جميع الألعاب القوية حاليًا تفتقر لعامل في منتهى الأهمية، وهذا العامل جعل مجتمع الجيمنج في حاجة لتقنيات جديدة لكي توفّره، فما هو؟

Ambient Occlusion

بداية المشكلة وأبعادها

ماذا ترى في الصورة أعلاه؟ لا أتحدث هنا عن الكراسي والطاولة بكل تأكيد، أنت وأنا نرى في الصورة ضوء ساقط على أجسام أليس كذلك؟ وهذا الضوء قد نشأ عنه ظلّ غامق، وهذا الضوء والظلّ هو مبربط فرسنا اليوم، عين الإنسان ترى الجسم الواقع أمامها عندما يقع عليه الضوء ومن ثم ينعكس للعين، العملية لا تأخذ سوى أجزاء صغيرة جدًا من الثانية فرُبما لا نلاحظها، كذلك التصوير، عندما يقوم مصوّر ما بإلتقاط صورة فعدسة الكاميرا هنا تحل مكان العين حيث ينعكس الضوء ويدخل إليها مباشرة وبطبيعة الحال فتلك الكاميرات لديها قدرات معالجية داخلية رهيبة تجعلها تكوّن صورة إلكترونية مشابهة تماماً للمنظر الذي تشاهده عينك ورُبما أفضل، هذا بالنسبة للصور الثابتة بالتأكيد.

إذن، الضوء يسقط على شيء ما وينتج عنه إنعكاس للعين وبالتالي فمصدر الضوء موجود لأنه انعكس من فوق شيء ما، لكن ماذا إن لم يكن هناك شيء من الأساس؟ ماذا إن كان مصدر الضوء غير معروف من الأساس؟ هنا يحتاج الأمر لبعض السحر، فعلى سبيل المثال، أفلام Marvel مثل فيم Avengers: Infinty War الذي عشقناه جميعًا تتكون معظم مشاهدها من مؤثرات بصرية أو CGI فبالتأكيد لا يوجد هالك حقيقي ولا وجود لسترة آيرون مان في الحقيقة فكيف إذن نرى الضوء والظل في هذه الأفلام مع أنه لا يوجد جسم حقيقي يسقط عليه الضوء؟ يكمن الحل بكل بساطة في تقنية الـRay-tracing، فما هي؟

Ray Tracing تقنية

ما هي تقنية الـRay-tracing؟

ما رأيك بالصورة السابقة؟ تبدو أنها من أحد أفلام Star Wars اليس كذلك؟ حسنًا سنتحدث عنها لاحقًا، الأهم هنا هو أن تلك الصورة مأخوذة من أحد الفريمات المستخدم فيها تقنية الـRay-tracing، وتقنية الـRay-tracing هي تقنية تستخدم خوارزميات في غاية التعقيد وتلك الخوارزميات تكون مدعمة بمعادلات رياضية معقدة مثل الـRendering Equation والـReflectange Equation وهي عملية في غاية الصعوبة حيث أن معالجة أحد المشاهد بتلك التقنية يستغرق الكثير من الوقت، لكنك لعلّك تسأل عن كيفية عمل هذه التقنية في ظل ما ذكرناه أعلاه من معلومات عن الظلّ والضوء والانعكاسات.

تعمل تقنية Ray-tracing على تتبع الضوء الساقط على كل بيكسل من بيكسلات الصورة المعروضة أمامك وهذا حتى تصل لمصدر الضوء فينتج عن ذلك منظر مثل الموجود في الصورة أعلاه ولك أن تتخيل كم التعقيد الذي يكون عليه مثل هذا أمر وإن عدنا للحديث عن أفلام مارفيل مرة أخرى سنجد أن المشهد الواحد أو اللقطة الواحدة تتكون من 24 فريم كاملين، والصورة الموجوة أمامك بالأعلى هي فريم واحد بطبيعة الحال لأنها ثابتة، وهنا عليك أن تتخيل أن الثانية الواحدة تحتاج معالجة ضخمة جدًا لكي تظهر صور الأفلام بالشكل الذي تراها عليه ولذلك وببساطة لا يُمكن استخدام تقنية الـRay-tracing إلا في وجود عشرات أو مئات السيرفرات الضخمة لكي توفّر لك إمكانية معالجة فريم واحد فقط كل ثلاث ساعات مثلًا وهذا لأن كافة الإضاءات الموجودة في جميع مشاهد الفيلم غير حقيقية على الإطلاق ولا وجود لها إنما هي مكونة من خلال Ray-tracing.

لعلّك تتسائل عن ما شأننا نحن بصناعة الأفلام وتقنياتها وستكون محقًا في تساؤلك هذا لأننا هنا في الأساس لنتحدث عن صناعة الألعاب أو الـGames وهنا سيكون لدينا سؤال في غاية الأهمية، هل لعبت في يومًا ما لعبة كانت بواقعية فيلم؟ أعتى الأفلام مثل Witcher و Assassin’s Creed تكون فقط جيدة المناظر لكنها لا يُمكن أن تكوّن فيلمًا سينمائيًا، وهنا يأتي لنا سؤال هام جدًا.. كيف يتم خلق الإضاءة والظلال في الألعاب طالما أنها مشابهة بالضبط للمؤثرات الغير حقيقية في الأفلام؟

The Witcher 3 RTX

الضوء، الظلال والانعكاسات في الألعاب

نذهب الآن للألعاب وهي موضوعنا الرئيس، كيف يُمكن لنا أن نتحكم فعليًا في حركة الضوء في الألعاب؟ بما في ذلك إنكساره وإنعكاسه والظلال أيضًا بطبيعة الحال، مصدر الضوء الموجود في الألعاب يكون عادة شمس، قمر أو مصباح وهو يكون من صنع محرك اللعبة نفسه وليس واقعي، والحل الوحيد للحصول على إضاءة حقيقية معتمدة على اتجاه الضوء من مصدره إلى البيكسل كان باستخدام الـRay-tracing كما أسلفنا الذكر، لكن صنّاع الألعاب لم يتمكنوا مطلقًا من استخدام تلك التقنية نظرًا لأنها تحتاج لقوة معالجة رهيبة وفي نفس الوقت لم يتمكنوا من تخزين محتوى الإضاءة داخل محرك اللعبة نظرًا لأن الإضاءة تختلف باختلاف المكان والبيئة التي يلعب فيها اللاعب، وهنا ظهر حل وهو:

الاعتماد على تقنيات الـRasterization

حتى الآن نحن متفقين على أن الـRay-tracing لن يصلح للألعاب نظرًا لما يتطلبه الأمر من قوة معالجة خارقة، وهنا بدأت كروت الشاشة والمطورين في الاعتماد على تقنية Rasterization وهي تقنية تعمل على خداع العين بشكل كبير، حيث أن كل مشهد يتكون من قطع مصغرة ثلاثية الأبعاد وهنا يعمل كارت الشاشة على توجيه الضوء إلى المشهد الذي تراه أمامك وتخزين أماكن توزيع الضوء وهو ما نتج عنه أن الإضاءة تكون غير احترافية وغير مرضية إلا أن الحل كان أفضل من لاشيء، في الصور التالية توضيح لآلية عمل تلك التقنية:

تقنية Rasterization

تقنية Rasterization

تقنية Rasterization

تظهر من الصور طريقة عمل تلك التقنية ومقارنة بينها وبين الـRay-tracing وبالطبع فنتيجتها ليست مرضية خاصة أن المعلومات التي تخزنها عن الضوء تكون كاذبة بعض الشيء إلا أنها قد ينتج عنها بعض التفاصيل التي يُمكن أن نصفها بأنها جيدة، الشركات كانت تعلم أن تلك التقنية ليست مرضية تماماً لذلك حصلت تقنية الـتقنية Rasterization على تحسينات وتطويرات عديدة أهمها ظهور تقنية الـScreen Space Ambient Occlusion أو الـ SSAO والتي تخدع العين بإنشاء ظلّ حول المكان الذي يصل إليه الضوء وكان أداءها هو الأفضل نظرًا لأن شركات مثل AMD و Nvidia قد أسهمت كثيرًا في تطويرها خاصة مع وجود DirectX 12 من مايكروسوفت وهنا أصبحت التقنية ملائمة لجميع الألعاب خاصة تلك التي تحتوي على رسوميات عالية الجودة من الأساس خاصة مع لعبة مثل Witcher 3 والتي تحظى برسوميات جيدة جدًا سواء للأشياء الثابتة أو المتحركة وهو ما جعلها الأقل تأثرًا بتلك الفجوة.

حسنًا، هنا تلتقي كافة أفكارنا سويًا، كيف يُمكن أن نحصل على ألعاب ذات إضاءة رائعة ومتقنة كما التي تقدمها تقنية الـRay-tracing لكن بمكونات أجهزتنا العادية؟ هنا تأتي خطوة Nvidia الثورية في هذا المجال بتقديمها لتقنية الـRTX والتي تعني Real-time Ray-tracing، فما هي يا تُرى؟ ولماذا تُعد ثورية؟

ما هي تقنية RTX من NVIDIA وكيف تعمل؟

نحن نعلم الكثير عن الـRay-tracing منذ فترة كبيرة لكننا لم نكن لنظن أنها ستكون قابلة للتشغيل على أجهزتنا المعتادة، إلا أن كروت Nvidia GeForce RTX الجديدة بجميع فئاتها ستكون قادرة على تشغيل هذه التقنية على الألعاب بشكل كامل، وأي أن كل ما شرحناه أعلاه عن الـRay-tracing سيكون موجود في جميع الألعاب المدعومة بفضل تقنية RTX الجديدة والتي ستقدّم لنا معالجة للإضاءة والظلال في الوقت الحقيقي ومن خلال كارت الشاشة الجديد، ومع أن كروت الشاشة الجديدة من Nvidia تأتي بتقنية ثورية وهي الـRTX إلا أنها أتت بأسعار منطقية ومقاربة لأسعار الجيل السابق، ولهذا تُعد ثورية وبلا شكّ، أماعن طريقة عمل التقنية فلا أحد يعلم سوى إنفيديا ويبدو بالفعل أن الشركة لم تكن تتأخر عن إصدار الجيل الجديد إلا لتطوير مثل هذه التقنية والتي بطبيعة الحال حصلت على سنوات طويلة من التطوير والتجربة، حيث أن الـRay-tracing بمعالجاته وخوارزمياته كان يحتاج لسيرفرات مليئة بألاف المعالجات فقط لإنتاج مشهد واحد، الآن ستعمل الألعاب بنفس التقنية وفي الوقت الحقيقي وبنفس عدد الفريمات، وفيما يلي صورة توضيحية للفرق بين تشغيل وإيقاف وضع الـRTX:

تقنية RTX من NVIDIA

وهذه هي الصورة التي نالت إعجابنا جميعًا وظنناها صورة ليست حقيقية أو معدلة، والآن بتنا نعرف كيف وصلت هذه الصورة لهذه الجودة ويظهر فيها إنعكاس ضوء النيران والضوء العادي بشكل أكثر من رائع، هل يوجد أفضل من هذا؟

تقنية RTX من NVIDIA

والآن يُمكنك أن تشاهد هذا الفيديو والذي يظهر بشكل مفصل جودة التقنية والفروقات بينها وبين كافة التقنيات السابق استخدامها في هذا المجال:

هنا ينتهي مقالنا وفي نفس الوقت يبدأ جيل جديد تماماً للألعاب وأصبحنا أخيرًا قادرين على مشاهدة الألعاب وكأنها مشاهد سينمائية احترافية، ما رأيك في التقنية؟ شاركنا رأيك واستفساراتك في التعليقات، نحن ننتظرك..