مقالات و اخبار تکنولوژی
Ray Tracing چیست؟
Ray Tracing یا رهگیری پرتو، روشی برای رندر کردن تصاویر است که مسیر حرکت نور را شبیه سازی می کند. در این فناوری، نحوه برخورد نور با اجسام، بازتاب، شکست نور و ایجاد سایه محاسبه می شود تا تصویر نهایی طبیعی تر و واقعی تر به نظر برسد.
به همین دلیل، Ray Tracing در بازی های ویدیویی، فیلم های سه بعدی و نرم افزارهای طراحی و شبیه سازی کاربرد زیادی دارد. البته اجرای این محاسبات به توان پردازشی بالایی نیاز دارد و به همین دلیل، استفاده از آن در زمان واقعی بیشتر با کمک GPUهای مدرن امکان پذیر شده است.
تاثیر Ray Tracing بر گرافیک بازی ها
Ray Tracing با شبیه سازی رفتار نور، بخش های مختلف گرافیک بازی را واقعی تر می کند. مهم ترین تاثیرات آن شامل موارد زیر است:
- بازتاب های واقعی: سطح آب، شیشه، فلز و سطوح براق می توانند محیط اطراف را به شکل طبیعی و لحظه ای بازتاب دهند.
- سایه های دقیق تر: سایه ها بر اساس موقعیت منبع نور ایجاد می شوند و با تغییر فاصله و زاویه، شکل و شدت طبیعی تری پیدا می کنند.
- نورپردازی طبیعی تر: با شبیه سازی برخورد و بازتاب نور، محیط های داخلی و صحنه های تاریک عمق و واقع گرایی بیشتری پیدا می کنند.
- شکست نور: نور هنگام عبور از آب، شیشه یا سایر اجسام شفاف به شکل طبیعی شکسته و منحرف می شود.
البته Ray Tracing به توان پردازشی بالایی نیاز دارد و فعال کردن آن می تواند باعث کاهش FPS شود. به همین دلیل، فناوری هایی مانند NVIDIA DLSS و AMD FSR برای افزایش نرخ فریم و کاهش فشار پردازشی در بازی های مجهز به Ray Tracing استفاده می شوند.
در ویدیوی زیر می توانید این تاثیر را به صورت عینی مشاهده کنید
ری تریسینگ چگونه کار می‌کند؟
Ray Tracing با شبیه سازی مسیر نور در صحنه، نحوه برخورد نور با اجسام و تاثیر آن بر تصویر را محاسبه می‌کند. این فرآیند به طور خلاصه در چهار مرحله انجام می‌شود:
۱. ارسال پرتو از دوربین: برای هر پیکسل تصویر، یک پرتو مجازی از دوربین به سمت صحنه فرستاده می‌شود تا مشخص شود این پیکسل به کدام بخش از محیط مربوط است.
۲. تشخیص برخورد با اجسام: سیستم بررسی می‌کند پرتو با کدام سطح برخورد کرده و نزدیک ترین جسم به دوربین در مسیر آن کدام است.
۳. محاسبه بازتاب و شکست نور: پس از برخورد، رفتار پرتو بر اساس نوع سطح مشخص می‌شود. روی سطوح براق، پرتو بازتاب پیدا می‌کند و در اجسام شفافی مانند شیشه و آب، مسیر آن دچار شکست می‌شود. این فرآیند می‌تواند چندین بار تکرار شود تا بازتاب و نور غیرمستقیم نیز محاسبه شود.
۴. محاسبه سایه و رنگ نهایی: در نهایت، سیستم میزان نور، سایه، بازتاب و رنگ سطح را بررسی می‌کند و بر اساس این اطلاعات، رنگ نهایی پیکسل را تعیین می‌کند.
از آنجا که این محاسبات باید برای میلیون‌ها پیکسل و چندین بار در هر ثانیه انجام شوند، Ray Tracing فشار زیادی به کارت گرافیک وارد می‌کند. به همین دلیل، کارت‌های گرافیک مدرن از سخت افزارهای اختصاصی مانند RT Core در کارت‌های NVIDIA برای اجرای سریع تر این محاسبات استفاده می‌کنند.
کدام کارت های گرافیک از Ray Tracing پشتیبانی می کنند؟
امروزه هر سه سازنده اصلی کارت گرافیک، یعنی NVIDIA، AMD و Intel، از Ray Tracing سخت افزاری پشتیبانی می کنند. با این حال، قدرت اجرای این فناوری در مدل های مختلف یکسان نیست و کارت های NVIDIA RTX معمولا عملکرد بهتری در Ray Tracing ارائه می دهند.
| برند | سری های پشتیبانی کننده | نمونه کارت ها |
| NVIDIA | RTX 20، RTX 30، RTX 40 و RTX 50 | RTX 3060، RTX 4070، RTX 4090، RTX 5090 |
| AMD | Radeon RX 6000، RX 7000 و RX 9000 | RX 6700 XT، RX 7900 XTX |
| Intel | Arc A و Arc B | Arc A770، Arc B580 |
NVIDIA از سال ۲۰۱۸ و معرفی سری RTX، سخت افزار اختصاصی RT Core را برای پردازش سریع تر Ray Tracing وارد کارت های گرافیک مصرفی کرد. در نسل های جدید RTX، این فناوری در کنار DLSS عملکرد بهتری دارد و به کاهش افت فریم هنگام فعال بودن Ray Tracing کمک می کند.
AMD نیز از سری Radeon RX 6000 به بعد، شتاب دهنده سخت افزاری Ray Tracing را در کارت های خود ارائه می دهد. سری های RX 7000 و RX 9000 نیز عملکرد بهتری در این زمینه دارند، هرچند در بسیاری از بازی ها، کارت های هم رده NVIDIA همچنان عملکرد Ray Tracing بالاتری ارائه می کنند.
Intel نیز با کارت های Arc وارد این رقابت شده است. مدل هایی مانند Arc A770 و Arc B580 از شتاب دهنده اختصاصی Ray Tracing بهره می برند و به ویژه در رده قیمتی خود می توانند گزینه های قابل توجهی باشند.
بهترین کارت ها برای Ray Tracing
اگر هدف اصلی شما اجرای بازی ها با Ray Tracing است، مدل هایی مانند RTX 5090، RTX 4090، RTX 4080 و RTX 4070 از گزینه های قدرتمند محسوب می شوند. در بخش اقتصادی نیز مدل هایی مانند RTX 3060، RX 6700 XT و Arc B580 امکان استفاده از این فناوری را فراهم می کنند.
البته پشتیبانی از Ray Tracing به تنهایی کافی نیست. برای اجرای روان این فناوری، قدرت خام کارت گرافیک، حافظه VRAM، رزولوشن بازی و فناوری های Upscaling مانند DLSS و FSR نیز اهمیت زیادی دارند. بنابراین هنگام خرید جی پی یو کارت، بهتر است عملکرد واقعی مدل مورد نظر در بازی هایی که قصد اجرای آنها را دارید بررسی کنید.
چالش های پیاده سازی ری تریسینگ
با وجود واقع گرایی بالایی که رهگیری پرتو، به تصاویر اضافه می کند، استفاده از این فناوری بدون هزینه نیست. پردازش مسیر پرتوهای نور به توان سخت افزاری زیادی نیاز دارد و می تواند روی عملکرد بازی، مصرف انرژی و حتی فرآیند توسعه نرم افزار تاثیر بگذارد. مهم ترین چالش های Ray Tracing عبارتند از:
- نیاز به توان پردازشی بسیار بالا
- افت نرخ فریم (FPS)
- هزینه بالای سخت افزار مورد نیاز
- پیچیدگی توسعه و بهینه سازی بازی ها
- مصرف بالای انرژی و تولید گرما
- تفاوت سطح پشتیبانی بین سخت افزارهای مختلف
- نیاز به حافظه VRAM و پهنای باند بیشتر
سخن پایانی
Ray Tracing آمده تا گرافیک کامپیوتری را هرچه بیشتر به رفتار واقعی نور نزدیک کند؛ از بازتاب نور روی شیشه و آب گرفته تا سایه های طبیعی و نورپردازی دقیق محیط. البته رسیدن به این سطح از واقع گرایی هزینه خودش را دارد و در حال حاضر به سخت افزار قدرتمندتر و توان پردازشی بیشتری نیاز دارد.
با این حال، مسیر صنعت گرافیک کاملاً مشخص است. هر نسل از کارت های گرافیک، اجرای Ray Tracing را سریع تر و بهینه تر می کند و فناوری هایی مثل DLSS و FSR هم کمک کرده اند محدودیت های عملکردی آن کمتر شود. بنابراین Ray Tracing را می توان یکی از مهم ترین مسیرهای توسعه رندرینگ مدرن دانست؛ فناوری ای که احتمالاً در سال های آینده، بیش از امروز به بخشی جدایی ناپذیر از تجربه گرافیکی بازی ها و نرم افزارهای سه بعدی تبدیل خواهد شد.