ماهو الفرق بين تتبع الأشعة Ray Tracing المنتج من قبل العتاد و البرمجيات ؟

تقنية تتبع الأشعة Ray Tracing هي أحدث ما قدمته نفيديا في بطاقاتها الرسومية الجديدة RTX والتي غيرت شكل الألعاب تماماً لتصبح الآن أقرب خطوة لما نراه في الأفلام المنتجة رسومياً CGI، والآن ولأول مرة منذ فترة طويلة أصبح من الممكن إنتاج تأثيرات تتبع الأشعة Ray Tracing المختلفة وتحسين الصورة بشكل مباشر وفي الوقت الحي Real Time بدلاً من تصنيعها مسبقاً وبرمجتها بشكل ثابت في اللعبة .

هناك سوء فهم شائع حول تقنية تتبع الأشعة Ray Tracing يجعل البعض يقللون من أهميتها وأهمية بطاقات RTX فمثلاً أنت لست في حاجة إلى بطاقة RTX لتنتج تأثيرات تتبع الأشعة Ray Tracing ولكن صدقني فأنت ترغب في الحصول على بطاقة مجهزة بأنوية RT لتقوم بعمليات تتبع الأشعة الحسابية بعيداً عن العمليات الحسابية الخاصة بالمعالج وأنوية البطاقة الإعتيادية.

ماذا يعني تتبع الأشعة Ray Tracing :

فكرة تتبع الأشعة ببساطة تعتمد على أن تتبع أشعة الضوء التي تضيء الأشياء، كل الأشياء التي تراها أمامك الآن على مكتبك أو في منزلك مضاءة من قبل إشاعات ثلاثية الأبعاد من الضوء تضيء كل جزء من الشيء أو القطعة الموجودة أمامك بطريقة مختلفة لتعطيك إحساساً مختلفاً بالمكان والزمان وحتى بواقعية القطعة الموجودة أو عدمها وهذا هو الفرق الأساسي بين الرسوميات ثنائية الأبعاد وثلاثية الأبعاد.

في الماضي كانت تعتمد الألعاب والرسوميات على تقديم شكل مجسم مبني من مجموعة من المثلثات أو المعينات يمكنه أن ينعطف إنعطافات تعطيك إحساساً بأن هذا المجسم ثلاثي الأبعاد ولكن مع تتبع الأشعة فإن إنكسار الضوء وإنتشار الأشعة حوله ستؤكد لك حقيقة أن هذا المجسد هو مجسم ثلاثي الأبعاد حقيقي أمامك.

تتبع الأشعة ليس تقنية جديدة :

بدأت تقنية تتبع الأشعة Ray Tracing بالظهور والإنتشار بشكل واسع في عالم الأفلام السينمائية في بدايات عام 1970 وكان هذا بفضل مجموعة كبيرة من رواد صناعة الأفلام والسينما ورواد صناعة أجهزة الكومبيوتر، بفضل تلك المجموعة الشجاعة والحالمة من الصناع أصبحت الآن تقنية تتبع الأشعة Ray Tracing أمراً ثابتاً في جميع أركان صناعة السينما وأصبحت تستخدم وبكثرة في جميع الأفلام السينمائية الواقعية والرسومية CGI .

إذا لماذا كل هذه الضجة حول بطاقات RTX ؟ خاصةً إن كانت التقنية قديمة وتستخدم منذ زمن ؟! مع بطاقات RTX وعمليات تتبع الأشعة التي تنتجها الأمر مختلف للغاية، في الماضي ومنذ ظهور تقنيات تتبع الأشعة كان كل من يرغب في إستخدامها يحتاج إلى برامج خاصة ومعادلات خاصة وعمليات حاسوبية معقدة للغاية ليتمكنوا من إنتاج مشهد صغير يتكون من إطار واحد فقط لذا كانت عملية إنتاج هذا الأطار تحتاج إلى أمر من إثنين، إما مزرعة أجهزة كومبيوتر عملاقة تضم الآلاف من الأجهزة القوية لتنتج الإطار في أقل وقت ممكن أو وقت طويل وشخص صبور قادر على إنتظار هذا الإطار حتى يتم إنتاجه ويتم إنتاج الفيلم إطاراً بإطار.

بالطبع في عالم الأفلام والرسوميات هذا الأمر منطقي ويمكن لصناع الفيلم أن ينتظروا شهوراً حتى ينتج الفيلم بكافة إطاراته أو إنهم يمتلكون الإمكانيات المادية لدفع مقابل إستخدام مزرعة حوسبة عملاقة، ولكن مع الاعبين الأمر مختلف تماماً، فالبداية يجب أن نتفق أن اللعبة الواحدة تطلق أكثر من 60 إطار في الثانية على الأقل -وهذا أصبح أقل رقم في أيامنا هذه- ولأن الاعبين بطبعهم غير صبورين وهو أمر منطقي فلن أنتظر لأشهر طويلة حتى ينتج مشهد في اللعبة التفاعلية السريعة التي ألعبها اليوم كما أنني بالتأكيد لن أستطيع تأجير مزرعة حوسبة عملاقة لذا فكانت هذه التقنية تمثل الكأس المقدس بالنسبة للاعبين.

بطاقات RTX تسرع عملية تتبع الأشعة بشكل غير مسبوق

ولكن اليوم وبفضل بطاقات RTX من نفيديا ومكتبة برمجيات DirectX الداعمة لتقنيات RTX التي تعرف بإسم DXR أصبح من الممكن الآن تحقيق هذا الحلم والوصول إليه عن طريق إستخدام أنوية معالجة تتبع الأشعة الخاصة المبنية داخل بطاقات نفيديا RTX، حيث تحتوي البطاقات على وحدات وأنوية معالجة سريعة للغاية ومتخصصة جداً في حل عمليات وإنتاج تأثيرات تتبع الأشعة بعيداً عن موارد الكومبيوتر الأخرى وهذا يعني أن إستخدام بطاقة RTX لتوليد الأشعة لن يؤثر على باقي المهام الخاصة بجهازك، هذا الإنفصال وتخصيص أنوية خاصة بهذه العملية جعل من الممكن للاعبين أن يستمتعوا بتقنيات RTX مباشرةً .

إذاً في الماضي كنت تحتاج إلى أشهر وربما أعوام لتنتج تأثيرات تتبع الأشعة Ray Tracing عبر البرمجيات المختلفة وهذا الأمر مرفوض تماماً بالنسبة للاعبين الذين يرغبون بالإستمتاع بأجهزتهم بشكل مباشر واليوم وبفضل بطاقات RTX أصبح من الممكن أن تقوم بإنتاج هذه العمليات بسرعة شديدة وفي الوقت الحي Real Time أمام عينيك مما يجعل إستخدام تتبع الأشعة المنتج من قبل العتاد أفضل بكثير من ذلك المنتج من قبل البرمجيات.

دور البطاقات الرسومية في تسريع عمليات تتبع الأشعة Ray Tracing :

من المعروف لدى الجميع أن البطاقات الرسومية من مختلف المصنعين تمتلك أنوية كثيرة خاصة بها يمكنك أن تخصص بعض هذه الأنوية لتقوم بعمليات تتبع الأشعة بعيداً عن وجود أنوية مخصصة لها من قبل الشركة.

هذه الفكرة هي التي بني عليها برنامج Nvidia Optix الذي ظهر لأول مرة في عام 2009 أي منذ أكثر من عشرة أعوام، وكان هذا البرنامج موجه بشكل أساسي للمحترفين الذين يعملون مع عمليات التصميم الرسومية المتعددة والمعقدة، ولكن هذه الطريقة كما أثبتنا في الأعلى ليست عملية ولا يمكن تطبيقها مع الاعبين.

ولكن لتتمكن من نفيديا من الوصول إلى النتيجة التي كانت ترغب فيها مع بطاقات RTX كان عليها أن تعتمد على نوعين مختلفين من الأنوية بعيداً عن الأنوية الإعتيادية للبطاقة وهما RT Cores و Tensor Cores .

كما قلنا فإن أنوية RT Cores تقوم بتسريع عملية تتبع الأشعة وتقوم بالعمليات الحسابية المختلفة الخاصة بها والتي تحتاجها التقنية عن طريق إيجاد المكان الذي سيتفاعل فيه الضوء مع الرسمة ثلاثية الأبعاد الموجودة على الشاشة أو اللعبة حيث تقوم هذه الأنوية بتسريع التتبع عن طريق تقنية تدعى bounding volume hierarchy وهي ببساطة أن تقوم النواة برسم طريق شعاع الضوء على شكل شجرة متفرعة وتتبع كل فرع من هذه الشجرة.

أما أنوية Tensor Cores فإنها ظهرت لأول مرة مع معمارية Volta من نفيديا وكانت تهدف في 2018 لتسهيل عمليات الذكاء الصناعي وتسريع نتائجها وعملياتها بشكل عام مما يجعلها تقوم أيضاً بمساعدة أنوية RT وتسريع العمليات التي تقوم بها النواة عن طريق تقنية خاصة من نفيديا تدعى DLSS وهي تقنية تعتمد على الذكاء الصناعي والتعلم العميق لتقوم بإنتاج الصور وتوقع تأثيرات الضوء عليها بشكل سريع للغاية دون أن تشعر أنت به .

الحل الأفضل والأقوى هو بطاقات نفيديا RTX :

قبل أن نتحدث بشكل عام دعنا في البداية نقارن بين جيلين من بطاقات نفيديا الأول وهو بطاقة GTX 1080ti المتوحشة التي ظلت على العرش لمدة طويلة وبطاقة RTX 2080 الإعتيادية الجديدة، وجه المقارنة بين هذين البطاقتين سيكون الوقت المستخدم في إنتاج عملية تتبع الأشعة والإضاءة في الشكل الموجود بالأسفل .

الآن هذا الوقت وهذه النتيجة هي مع بطاقة GTX 1080ti من نفيديا التي تتملك كل التقنيات التي يمكنها أن تستخدمها لتسريع عملية تتبع الأشعة بشكل برمجي وأخذت كل هذا الوقت، تخيل أن تحاول إستخدام تتبع الأشعة من قبل شركة أخرى أو حتى منصة منزلية جديدة ؟!

عندما تم الإعلان عن المنصات المنزلية الجديدة وتحديداً الجيل الجديد منها قيل بأنها ستدعم تقنيات تتبع الأشعة ولكن مادامت هذه المنصات لن تستخدم بطاقات نفيديا RTX تحديداً دوناً عن غيرها في عمليات تتبع الأشعة هذا سيعني أن عمليات تتبع الأشعة إما ستأخذ وقتاً طويلاً أو لن تعمل على الإطلاق وستظل تتعثر بشكل مستمر دائماً.

لا يوجد شك بأن إستخدام تقنيات تتبع الأشعة هو الصيحة الأحدث في عالم الألعاب والذي ستحاول جميع استوديهات تطوير الالعاب وتصنيع المنصات والبطاقات الوصول إليه ولكن كما شرحنا مسبقاً طالما لم يتمكنوا من إستخدام أنوية متخصصة خاصة في تتبع الأشعة فإن مجهوداتهم مع الأسف ستبوء بالفشل أو لن تكون بجودة تتبع الأشعة Ray Tracing المنتج من قبل العتاد والبطاقات الرسومية الخاصة RTX.

إقرأ أيضاً : كيف تتخلص من الملفات المهملة Junk files على جهازك الشخصي