فناوری رهیابی مسیر انویدیا چیست؟

با یاد دارم دوران کودکی خود را با عناوینی مانند نیمه جان غرق در خیالات می شدیم و صد درود به سازنده های بازی می فرستادیم که توانسته اند آن فیزیک واقع گرایانه خارق العاده را در بازی مورد علاقه مان پیاده کنند. دوره ای که شاید بتوانم نام آن را عصر درخشش بازی های جدی بنامم. بازیهایی که روزی مانند اینترنت، رشد آن را حباب می پنداشتند و فکر نمی شد هیچ گاه به جایگاه کنونی برسند؛ ولی با آمدن فناوری های جدید و تکسچر های باورپذیر، استودیوهای خلاق بازی سازی، این صنعت نوپا را در میان سودمندترین صنایع جای دادند.

انویدیا هم در طول این مسیر نقشی بسیار کلیدی و اساسی را ایفا می کرد بطوریکه حتی میتوانم بگویم بخش بسیار بزرگی از رشد کنونی صنعت بازیهای ویدیویی به لطف دو شرکت انویدیا و AMD رقم خورده است که برای دو دهه یکی برای کامپیوترهای شخصی و دیگری برای کنسول های خانگی چیپ های مخصوص پردازش سه بعدی یا همان چیپ های گرافیکی تولید کرده اند.

البته موضوع مطلب امروز بنده در مورد انویدیا و فناوری جدیدی است که تحت عنوان رهیابی مسیر(Path Tracing)، امسال در نمایشگاه GTC که بهتر است با GDC یا همان اجلاس توسعه دهندگان بازی اشتباه گرفته نشود، معرفی کرده است.

بر اساس رویه متداول، انویدیا در نظر دارد هر نسل از نسخه پیشرفته تری از رندر همزمان برای بازی های آینده روی پلتفرم رایانه های شخصی استفاده کند. با این اوصاف، رهیابی مسیر چیست؟ جواب بسیار کوتاه به این سوال را می توان عبارت “دقیقترین روش رندرینگ” دانست که به نظر می رسد فناوری پیشین یعنی رهیابی پرتو را کنار می زند.

ساده تر بخواهم بگویم، رهیابی مسیر نوع پیشرفته ای از همان رهیابی پرتو محسوب می شود که متکی بر شبیه سازی ادامه مسیر نور بعد از برخورد با یک پیکسل و در ادامه انتشار آن در جهت های تصادفی برای بازسازی مدل واقعگرایانه تر است. در مدل قبلی، رهیابی پرتو های نور به صورت خطی بود و پس از خروج نور از منبع و برخورد آن با مدل سه بعدی، محاسبات پایان میافت ولی در این روش جدید، پرتو نور به دفعات بازتاب میشود. برای مثال در ویدیویی که اخیراً انویدیا منتشر کرده و یک ببر در آن در حال حرکت کردن است مسیر پرتو ها تا 30 بار بعد از برخورد اولیه رهگیری و محاسبه میشوند که نتیجه را تبدیل به یک ویدیو کاملاً واقع گرایانه کرده است. البته که این فیلم به وضوح ابتدایی است ولی به ما ایده ای تقریبی از اینکه یک صحنه رهیابی مسیر همزمان در سال 2022 چگونه می تواند باشد را به ما می دهد.

موتور بازی سازی Unreal Engine هم مدتی است که از رهیابی مسیر پشتیبانی می کند، و نمایش بصری کارگاه نجاری ایجاد شده توسط یکی از کاربران  یوتیوب با نام BlackOudanArt به ما نشان می دهد که یک کارت گرافیک امروزی چه کاری می تواند انجام دهد. می‌توانید به عمق و نرمی سایه‌ها، ماهیت واقع‌گرایانه بافت‌های برنجی، چوبی و فلزی و همچنین ارتعاش نور نافذ توجه کنید. البته این کلیپ رندر شده است، به این معنی که مانند ویدیوی ببر انویدیا به صورت همزمان نیست، اما این کلیپ به شما امکان می‌دهد تا قدرت بصری فناوری رندر سخت‌افزاری را در بهترین حالت آن ببینید و تصور کنید که با آمدن نسل بعدی پردازنده های گرافیکی انویدیا که آنقدرها هم دور نیست میتوانیم انتظار چه سطح از کیفیت را داشته باشیم.

با توجه به ادامه کاوش های انویدیا برای پیشرفت فناوری های مرتبط با هوش مصنوعی، تاکید بر رهیابی مسیر به عنوان یک الگوریتم جدید، بسیار منطقی است. از زمان انتشار چیپ های میکرومعماری تورینگ یا همان سری 20 انویدیا، پردازنده ‌های گرافیکی این شرکت مجهز به هسته‌ های مجزا تنسور شده اند که برای کمک به هوش مصنوعی و سوخت‌رسانی به فناوری‌هایی مانند ابر نمونه‌ برداری(Super sampling)، طراحی شده است.

البته این فناوری بدون ایراد هم نیست و یکی از مهمترین اشکالات اصلی آن در گذشته این بود پردازش تعداد زیادی پرتو نور آن هم به صورت همزمان نویز زیادی ایجاد می کرد. با توجه به اینکه رهیابی پرتو در حال حاضر برای سخت افزارهای نسل کنونی به شدت سنگین است، برخی فناوری ها مانند ابرنمونه برداری با روش یادگیری عمیق(DLSS) به کمک رهیابی پرتو آمده اند و بیشتر بار پردازشی را بر عهده می گیرند؛ با آمدن رهیابی مسیر حجم محاسبات به مراتب بیشتر می شود و نیاز به هسته های Ray Tracing  و Tensor بیش از پیش خود را نشان می دهد.

البته قابل ذکر است که به جز تعداد محدودی از عناوین AAA در سال های اخیر عمده بازیهای ویدیویی منتشر شده از چنین فناوری هایی بهره جویی نکرده اند. هرچند شرکت های بازی سازی، با دیدن عنوان ریمستر شده Quake II با تکسچرهای قدیمی اما همراه با فناوری رهیابی پرتو به این نتیجه رسیده اند که صنعت بازیهای کامپیوتری برای واقع گرایانه تر شدن نه فقط به تکسچرهای حجیم بلکه به پردازش واقع گرایانه نور هم نیاز دارد. با وجود گذشت دو نسل از کارت های گرافیکی که این دست فناوری ها را در خود دارند و از رده خارج شدن کارت های قدیمی می توان امیدوار بود در سالهای آینده شبیه سازی طبیعی و واقعی نور تبدیل به یک استاندارد رایج شود.

و روزگاری شاهد خواهیم بود که کاربران در حالی که هدست های واقعیت مجازی به سر کرده اند، قدم در دنیایی می گذارند که با دنیای واقعی که در آن هستیم تفاوت آنچنانی ندارد. جایی که ترابری، لحظه ای صورت می پذیرد و افراد به صورت نامحدود به یکدیگر دسترسی دارند.

نظر شما در ارتباط با پیشرفت های اخیر در حوزه گرافیک های باور پذیر چیست؟ آینده این صنعت را چطور ارزیابی می کنید؟