إذا كنت قد ألقيت أدنى نظرة على أخبار الألعاب والرسومات^{(gaming and graphics news)} مؤخرًا ، فقد سمعت أحدث وأكبر كلمة رنانة: تتبع الأشعة^{(ray tracing)} . ربما تكون قد سمعت أيضًا كلمة تشبه الصوت تسمى تتبع المسار^{(path tracing)} . ويمكن أن تغفر تمامًا لعدم فهمك الكامل لماهية أي من العمليتين.

تفسير بسيط هو أن كلا من تتبع المسار وتتبع الشعاع^{(ray tracing)} هما تقنيات رسومية ينتج عنها صور أكثر واقعية على حساب قوة حسابية أكبر بشكل ملحوظ. يوجد فيديو Minecraft^{(Minecraft video)} على YouTube يوضح الجوانب المعينة لتتبع الأشعة بطريقة واضحة ، ولكنه يوضح أيضًا الضغط الذي يفرضه على النظام.

إذا كان هذا هو التفسير الوحيد الذي تحتاجه ، فهذا رائع! ولكن إذا كنت ترغب في التعمق ومعرفة كيفية عمل كل تقنية ولماذا تقوم شركات أجهزة GPU^{(GPU hardware)} بفرض ثروة صغيرة مقابل البطاقات التي يمكنها تتبع الأشعة ، فتابع القراءة.

تنقيط ورسومات الكمبيوتر

أي صورة تراها معروضة على شاشة الكمبيوتر^{(computer screen)} لم تبدأ مثل تلك الصورة. يبدأ كصورة نقطية أو متجهة^{(vector image)} . تتكون الصورة النقطية^{(raster image)} من مجموعة من وحدات البكسل المظللة.

تعتمد الصورة المتجهة^{(vector image)} على الصيغ الرياضية التي تعني إمكانية زيادة حجم الصورة إلى أجل غير مسمى تقريبًا. الجانب السلبي للصور المتجهة^{(vector image)} هو أنه من الصعب تحقيق تفاصيل أكثر دقة. من الأفضل استخدام الصور المتجهة^(Vector) عند الحاجة إلى ألوان قليلة فقط.

تكمن القوة الرئيسية للتنقيط في سرعته ، خاصةً بالمقارنة مع تقنيات مثل تتبع الأشعة. ستخبر وحدة معالجة الرسومات GPU الخاصة بك اللعبة بإنشاء صورة ثلاثية الأبعاد من الأشكال الصغيرة ، وغالبًا ما تكون مثلثات. يتم تحويل هذه المثلثات إلى وحدات بكسل فردية ثم يتم وضعها من خلال تظليل لإنشاء الصورة التي تراها على الشاشة.

لقد كان التنقيط هو خيار الانتقال لرسومات ألعاب الفيديو لفترة طويلة نظرًا لمدى سرعة معالجتها ، ولكن مع بدء التكنولوجيا الحالية في الارتطام بحدودها ، هناك حاجة إلى مزيد من التقنيات المتقدمة للانتقال إلى المستوى التالي. هذا هو المكان الذي يأتي فيه تتبع الأشعة.

يبدو تتبع الشعاع^(Ray) أكثر واقعية من التنقيط ، كما توضح الصورة أدناه. انظر إلى الانعكاسات على إبريق الشاي^{(tea pot)} والملعقة.

ما هو Ray Tracing؟

على مستوى السطح^{(surface level)} ، يعد تتبع الشعاع^{(ray tracing)} مصطلحًا شاملاً يعني كل شيء بدءًا من تقاطع واحد للضوء والكائن وحتى الصورة الواقعية الكاملة. ومع ذلك ، في السياق الأكثر شيوعًا المستخدم اليوم ، يشير تتبع الشعاع إلى ^{(ray tracing)}تقنية عرض^{(rendering technique)} تتبع شعاعًا من الضوء (بالبكسل) من نقطة محددة^{(set point)} وتحاكي كيفية تفاعلها عندما تصادف كائنات.

توقف لحظة وانظر^{(moment and look)} إلى جدار الغرفة التي تتواجد فيها. هل هناك مصدر ضوء على الحائط ، أم أن الضوء ينعكس على الحائط من مصدر آخر؟ ستبدأ رسومات تتبع الشعاع^(Ray) من عينك وتتبع خط الرؤية الخاص بك إلى الحائط ، ثم تتبع مسار الضوء من الحائط إلى مصدر الضوء.

يوضح الرسم البياني أعلاه كيف يعمل هذا. سبب محاكاة "العيون" (الكاميرا في هذا الرسم التخطيطي) هو تقليل الحمل على وحدة معالجة الرسومات^(GPU) .

لماذا ا؟ حسنًا ، تتبع الأشعة ليس جديدًا تمامًا^{(t brand-new)} . لقد كان في الواقع موجودًا لبعض الوقت. تستخدم Pixar^(Pixar) تقنيات تتبع الشعاع لإنشاء العديد من أفلامها ، لكن الرسومات عالية الدقة والإطار بإطار عند الدقة التي تحققها Pixar^(Pixar) تستغرق وقتًا.

كثير^{(A lot)} من الوقت. استغرقت بعض الإطارات في جامعة Monsters^{(Monsters University)} 29 ساعة لكل منها. استغرقت Toy Story 3^{(Toy Story 3 )} في المتوسط ​​7 ساعات لكل إطار ، مع بعض الإطارات التي تستغرق 39 ساعة وفقًا لقصة 2010 من Wired.

نظرًا لأن الفيلم يوضح انعكاس الضوء من كل سطح لإنشاء نمط^{(style everyone)} رسومي يعرفه الجميع ويحبونه ، فإن عبء العمل^{(work load)} لا يمكن تصوره تقريبًا. من خلال قصر تقنيات تتبع الأشعة على ما يمكن للعين رؤيته فقط ، يمكن للألعاب الاستفادة من هذه التقنية دون التسبب في انهيار معالج الرسومات لديك (حرفيًا).

ألق نظرة على الصورة أدناه.

هذه ليست صورة ، على الرغم من أنها تبدو حقيقية. إنها صورة شعاعية. حاول أن تتخيل مقدار القوة المطلوبة لإنشاء صورة تبدو هكذا. يمكن تتبع شعاع واحد ومعالجته دون الكثير من المتاعب ، ولكن ماذا عن عندما يرتد هذا الشعاع عن الجسم؟

يمكن أن يتحول شعاع واحد إلى 10 أشعة ، ويمكن أن يتحول هؤلاء العشرة إلى 100 ، وهكذا. الزيادة أسية. بعد نقطة ما ، تظهر الارتدادات والانعكاسات التي تتجاوز الدرجة الثالثة والرباعية عوائد متناقصة. بمعنى آخر ، تتطلب قدرة أكبر بكثير للحساب والعرض مما تستحق. من أجل تقديم صورة ، يجب رسم حد في مكان ما.  

تخيل الآن القيام بذلك من 30 إلى 60 مرة في الثانية. هذا هو مقدار الطاقة المطلوبة لاستخدام تقنيات تتبع الأشعة في الألعاب. إنه أمر مثير للإعجاب بالتأكيد ، أليس كذلك؟

ستزداد إمكانية الحصول على بطاقات الرسومات القادرة على تتبع الأشعة^{(ray tracing)} مع مرور الوقت ، وفي النهاية ستصبح هذه التقنية متاحة بسهولة مثل الرسومات ثلاثية الأبعاد. في الوقت الحالي ، على الرغم من ذلك ، لا يزال تتبع الأشعة^{(ray tracing)} يعتبر أحدث ما توصلت إليه رسومات الكمبيوتر. إذن كيف يلعب تتبع المسار؟

ما هو تتبع المسار؟

تتبع المسار^{(Path tracing)} هو نوع من تتبع الأشعة^{(ray tracing)} . يقع تحت تلك المظلة ، ولكن حيث تم وضع نظرية تتبع الأشعة^{(ray tracing)} في الأصل في عام 1968 ، لم يظهر تتبع المسار حتى عام 1986 (ولم تكن النتائج مثيرة مثل تلك الموجودة الآن).

هل تتذكر الزيادة الأسية في الأشعة المذكورة سابقًا؟ يوفر تتبع المسار^(Path) حلاً لذلك. عند استخدام تتبع المسار للعرض ، فإن الأشعة تنتج شعاعًا واحدًا فقط لكل ارتداد. لا تتبع الأشعة خطًا محددًا^{(set line)} لكل ارتداد ، بل تنطلق في اتجاه عشوائي.

تأخذ خوارزمية تتبع المسار بعد ذلك عينات عشوائية من جميع الأشعة لإنشاء الصورة النهائية. ينتج عن هذا أخذ عينات من أنواع مختلفة من الإضاءة ، وخاصة الإضاءة العالمية.

الشيء المثير للاهتمام حول تتبع المسار^{(path tracing)} هو أنه يمكن محاكاة التأثير من خلال استخدام التظليل. ظهر تصحيح تظليل^{(shader patch)} مؤخرًا لمحاكي Nintendo Switch^{(Nintendo Switch emulator)} الذي سمح للاعبين بمحاكاة مسار الإضاءة العالمية المتتبعة في عناوين مثل The Legend of Zelda: Breath of the Wild و Super Mario Odyssey. بينما تبدو التأثيرات جميلة ، إلا أنها ليست كاملة مثل تتبع المسار^{(path tracing)} الحقيقي .

تتبع المسار^{(Path tracing)} هو مجرد شكل واحد من أشكال تتبع الأشعة. في حين تم الترحيب به باعتباره أفضل طريقة لتقديم الصور ، فإن تتبع المسار يأتي مع عيوبه الخاصة.

ولكن في النهاية ، ينتج عن كل من تتبع المسار وتتبع الأشعة^{(path tracing and ray)} صورًا جميلة للغاية. الآن بعد أن وصلت الأجهزة الموجودة في الأجهزة الخاصة بالمستهلكين إلى نقطة أصبح فيها تتبع الأشعة^{(ray tracing)} ممكنًا في الوقت الفعلي في ألعاب الفيديو ، فإن الصناعة تقف على أهبة الاستعداد لتحقيق تقدم مثير للإعجاب تقريبًا مثل الخطوة من الرسومات ثنائية الأبعاد إلى ثلاثية الأبعاد.

ومع ذلك ، سيظل هناك بعض الوقت - عدة سنوات على الأقل - قبل اعتبار الأجهزة الضرورية "ميسورة التكلفة". اعتبارًا من الآن ، حتى بطاقات الرسومات الضرورية تكلف أكثر من 1000 دولار.

What is Path Tracing and Ray Tracing? And Why do They Improve Graphics?

If you’ve taken evеn the slighteѕt glancе towards gaming and graphics news lately, then you’vе hеard thе latest and greаtest buzzwоrd: ray tracing. You might also have heard a similar-sounding word called path tracing. And уou cоuld be totally forgiven for not fully undеrstanding what either one of the proceѕses is.

A simple explanation is that both path tracing and ray tracing are graphical techniques that result in more realistic-looking images at the cost of significantly more computational power. There is a Minecraft video on YouTube that demonstrates the particular aspects of ray tracing in a clear way, but also illustrates the stress it puts on a system.

If that’s the only explanation you need, great! But if you want to dig deep and find out how each technique works and why GPU hardware companies are charging a small fortune for ray tracing-capable cards, read on.

Rasterization and Computer Graphics

Any image you see displayed on a computer screen did not start out as that image. It begins as either a raster or a vector image. A raster image is composed of a collection of shaded pixels.

A vector image is based on mathematical formulas that mean the image can be increased in size almost indefinitely. The downside of vector images is that more precise details are difficult to achieve. Vector images are best used when only a few colors are needed.

The main strength of rasterization is its speed, especially in comparison to techniques like ray tracing. Your GPU, or graphics processing unit, will tell the game to create a 3D image out of small shapes, most often triangles. These triangles are turned into individual pixels and then put through a shader to create the image you see on screen.

Rasterization has been the go-to option for video game graphics for a long time due to how quickly it can be processed, but as current technology begins to bump against its limits more advanced techniques are needed ot break through to the next level. That’s where ray tracing comes in.

Ray tracing looks far more realistic than rasterization, as the image below illustrates. Look at the reflections on the tea pot and the spoon.

What is Ray Tracing?

At the surface level, ray tracing is an umbrella term that means everything from a single intersection of light and object to complete photorealism. In the most common context used today, however, ray tracing refers to a rendering technique that follows a beam of light (in pixels) from a set point and simulates how it reacts when it encounters objects.

Take a moment and look at the wall of the room you’re in. Is there a light source on the wall, or is light reflected off the wall from another source? Ray traced graphics would start at your eye and follow your line of sight to the wall, and then follow the path of light from the wall back to the light source.

The diagram above illustrates how this works. The reason for the simulated “eyes” (the camera in this diagram) is to lessen the load on the GPU.

Why? Well, ray tracing isn’t brand-new. It’s actually been around for quite some time. Pixar uses ray tracing techniques to create many of its movies, but high-fidelity, frame-by-frame graphics at the resolutions Pixar achieves take time.

A lot of time. Some frames in Monsters University took a reported 29 hours each. Toy Story 3 took an average of 7 hours per frame, with some frames taking 39 hours according to a 2010 story from Wired.

Because the film illustrates the reflection of light from every surface to create the graphical style everyone has come to know and love, the work load is almost unimaginable. By limiting ray tracing techniques to only what the eye can see, games can utilize the technique without causing your graphics processor to have a (literal) meltdown.

Take a look at the image below.

That’s not a photograph, despite how real it looks. It’s a ray-traced image. Try to imagine how much power is required to create an image that looks like this. One ray can be traced and processed without much trouble, but what about when that ray bounces off an object?

A single ray can turn into 10 rays, and those 10 can turn into 100, and so on. The increase is exponential. After a point, bounces and reflections beyond tertiary and quaternary display diminishing returns. In other words, they require far more power to calculate and display than they are worth. For the sake of rendering an image, a limit has to be drawn somewhere.  

Now imagine doing that 30 to 60 times per second. That is the amount of power required to use ray tracing techniques in games. It’s certainly impressive, right?

The attainability of graphics cards capable of ray tracing will go up as time goes on, and eventually this technique will become as readily available as 3D graphics. For now, though, ray tracing is still considered the cutting-edge of computer graphics. So how does path tracing come into play?

What is Path Tracing?

Path tracing is a type of ray tracing. It falls under that umbrella, but where ray tracing was originally theorized in 1968, path tracing didn’t come onto the scene until 1986 (and the results were not as dramatic as those now.)

Remember the exponential increase in rays mentioned earlier? Path tracing provides a solution to that. When using path tracing for rendering, the rays only produce a single ray per bounce. The rays do not follow a set line per bounce, but rather shoot off in a random direction.

The path tracing algorithm then takes a random sampling of all of the rays to create the final image. This results in sampling a variety of different types of lighting, but especially global illumination.

An interesting thing about path tracing is that the effect can be emulated through the use of shaders. A shader patch appeared recently for a Nintendo Switch emulator that allowed players to emulate path traced global illumination in titles like The Legend of Zelda: Breath of the Wild and Super Mario Odyssey. While the effects look nice, they aren’t as complete as true path tracing.

Path tracing is just one form of ray tracing. While it was hailed as the best way to render images, path tracing comes with its own flaws.

But in the end, both path tracing and ray tracing result in absolutely beautiful images. Now that the hardware in consumer-grade machines has reached a point that ray tracing is possible in real-time in video games, the industry stands poised to make a breakthrough that’s almost as impressive as the step from 2D to 3D graphics.

However, it will still be some time—several years at least—before the necessary hardware will be considered “affordable.” As of now, even the necessary graphics cards cost well over $1,000.

Related posts

• كيفية قلب النص على مسار في Illustrator

• 3 طرق لاتخاذ Photo or Video على جهاز Chromebook

• كيفية Detect Computer & Email Monitoring أو Spying Software

• شقة Panel Display Technology Demystified: TN، IPS، VA، OLED والمزيد

• كيفية تشغيل Caps Lock تشغيل أو إيقاف على Chromebook

• لا يمكن Schedule Uber في Advance؟ هنا ما يجب القيام به

• 8 Ways للحصول على المزيد من الاعتمادات على مسموعة

• كيفية فتح File مع No Extension

• Discord ليس Opening؟ 9 Ways لإصلاح

• كيفية البحث والبحث تغريدات محذوفة شخص ما

• كيفية Download Twitch Videos

• كيفية الصقر إلى Roku TV من PC or Mobile

• 7 Quick Fixes عندما Minecraft Keeps Crashing

• كيفية إنشاء Transparent Background في GIMP

• ما هو Discord Streamer Mode and How لإعداده

• كيفية إصلاح خطأ Steam "معاملة معلقة"

• كيفية تقسيم Screen على Chromebook

• كيفية اتخاذ Screenshot في Steam

• 10 Best Ways إلى Child Proof Your Computer

• ماذا Do BCC and CC Mean؟ فهم Basic Email Lingo