Real-Time-Ray-Tracing

الكثير لا يعرف ماذا يعنى مصطلح Real-Time-Ray-Tracing أو التتبع الفعلى لشعاع الضوء وتختصر لـ RTRT لنبدأ معأ بمصطلح بسيط ماذا تعنى كلمة Render ؟

رندر (Render) :- هى عملية تحويل الصورة من الشكل المُفرغ إلى الشكل الحقيقى وملأها بلألوان و الإكساءات (أظن محدش فاهم أنا بتكلم عن أيه ) وهو ما يحدث فى الألعاب لننظر إلى مثال بسيط من صديقى DR Hameedo

هذا هو الشكل المجسم من باللون الأبيض وهو على هيئة مكعب عملية الأكساء تتم عن طريق تغطية أوجه هذا المكعب من كافة الجوانب العبارة السابقه هي مفهوم عملية الرندر بشكل بسيط وهى أعطاء الصورة كافة المؤثرات اللازمه لتظهر لك علي شاشة الحاسب وتحديد مجال الألعاب فانت ترى الشخص بعد عملية الأكساء مواد الأكساء تختلف فيمكنك ان تستخدم اي نوع من المواد مثل الصورة في الأسفل .

الأكساءات للأشخاص تتم بنفس الطريقة السابقة ولاكن لاحظ وجود العديد من التفاصيل في الجسم البشرى وتحديدا الوجه والملامح وتأثيرات الحركة فوجه الأنسان يحتوى على 43 عضله مسؤله عن المؤثرات لماذا أتكلم في هذه الجزئية لان تقنية RTRT)-Real-Time-Ray-Tracing) تهتم بالتفاصيل الدقيقة جدأ

أهم ما يميز الرسوميات فى الألعاب هى الأكساءات فكلما كانت ذات جودة أعلى كلما أبهرتك تلك الألعاب وأكبر مثال لذلك هى لعبة CRYSIS 3 حجم اللعبه كبير ولكن وقت اللعب قصير جدا على هذا الحجم و المُتسبب فى هذا الحجم هي الأكساءات عالية الدقة وبالتالى حجم كبير مقارنتا بما يمكنك ان تراة في باقى الألعاب كذلك لعبة BF3 أنظرو معى إلى كم التفاصيل الهائل فى هذا الوجه

فى الجزء السابق المسؤل عن كل تلك العمليات هي البطاقة الرسومية وقوة البطاقه هى المحدد لعدد الأطارات التى يمكن معالجتها في الثانية الواحدة لن أدخل لمصطلح RTRT لأنه مصطلح صعب الحديث عنه دون معرفة أشياء كثيرة وسأبدأ أولا بشيء بسيط جدا .

كيف ترى العين البشرية الأشياء فى الطبيعه ؟

العين هي مستقبل حسى للضوء فنحن نرى الأشيء نتيجة أنعكاسها من خلال الضوء تلك العبارة البسيطه الأشد تعقيدا من أى شيء يمكنك ان تتخيله لن أتكلم عن تكوين العين ولكن سأتكلم عن كيف تصل الصورة إلى العين وكيف ترى الأجسام التى أمامك

أنظر الصورة القادمة وتتبعها جيدا

مصدر الأضائة في الأعلى يسقط على الجسم الضوء أنتبه فكلمة الضوء تتألف من عدد من الأشعة الضوئية وهو المطلوبه في حديثنا فسقوط الشعاع الضوئى على الجسم ينتج عنه أحدى الأحتمالات الأتية إما الأنكسار أو الأنعكاس او الأمتصاص الكلى أو الجزئى والأنعكاس الضوء يتكون من مجموعه من الحزم الضوئية وكل حزمة ضوئية تتكون من مجموعه من الأشعه كل شعاع يسقط يجب أن يمُر بأحدى الحالات السابقه الأنكساروالأنعكاس أو الأمتصاص ودائما مجموع العمليات التى تحدث للضوء يجب ان تكون بنسبة 100% اى انه أذا إنعكس 60% من الشعاء الضوئي فن الأمتصاص او عملية الأنكسار للشعاع وصلت لـ40% الجزء دائما الناتج من الأنعكاس او الأنكسار هو ما تلاحظه العين البشرية ولعدم الخوض في أمور أكثر تعقيدا من ذلك الضوء يسقط على الجسم المقابل فينكسر فيدخل إلى القرنية الخاصه بعين الأنسان ويتم تكون الشكل المقابل بصور معكوسه عن طريق كل شعاع وهنا قوة العين في عدم أهمال اي تفاصيل نتيجة القدرة الكبيرة على الأستيعاب لكل شعاء ضوئى

Real-Time-Ray-Tracing

أعلم أن الملل أصابكم للوصول لتلك الجزئية تتبع كل شعاع ضوئى فى وقته الفعلى (الوقت الحقيقى لحدوثه) كيف تعمل تلك التقنية فى الصورة السابقة تجدو كاميرا وصورة وأنعاكس للجسم وكنت أتحدث سابقا عن عين الأنسان فالكاميرا هى عين الأنسان تقنية تتبع الشعاع الضوئى تقوم علي فكرة أنها تصنع عين وهميه ترى بها الأشياء مثل عين الأنسان ولكن عين الأنسان كما قلت أكثر تعقيدا سبحان الله تقوم بعمليات معقدة كثيره سنتعرف عليها عن طريق تقنية RTRT العين الوهمية المتمثله في الكاميرا في الصورة السابقه تقوم علي حساب الكثير من الأشياء مثل زاوية السقوط والأنكسار عن طريق المعادلات الرياضيه لكل شعاع ضوئي فكما نرى الصورة المكونه مقسمة إلى مربعات صغيره كل مربع يظهر عدد كبير جدا من الأشعه المنعكسه ويتم عن طريق المعالدات الرياضية للضوء تكوين صورة مثيله لما تراه العين الحقيقية عن طريق تتبع مسار كل شعاع صادر وبالتالى عدم أهمال أى تفاصيل فى هذا الجسم مهما تكن صغيره وبالتالى جودة رسومية أعلى ولكن كل ذلك يحتاج إلى عتاد قوى جدا فأستخدام التقنية في صنع الأفلام ليس مشكله لان المشهد يتم عمل Render له فى أوقات كبيرة جدا قد تصل عملية الرندر في بعض الأحيان للثانية الواحده أسبوع كامل من المعالجة الرسومية فقدرات تقنية Ray-Tracing وهمية كما سنرى في الصور القادمة معا .

الصورة تعبر عن عدد المرات التى أنكسر فيها الشعاع الضوئي ومدى تأثير فى الأجسام التي يقابلها والظل النتاج من تلك الأجسام كل ذلك من خلال الـتحكم البرمجى

الصورة تعبر عن أنعكاس الشعاع الضوئي ومدى تأثيرة فى الأجسام المحيطه ومدى دقة التفاصيل الناتجه عن ذلك

أستخدام تقنية RTRT مع أستخدام خاصية depth of field ومزيد من التفاصيل

خاصية Ray Tracing فى الألعاب ومستقبل الحاسب الشخصى

المميزات التى لا حصر لها من تقنية RTRT تجعلها في غاية الأهمية ولكن فى الألعاب الأمر يختلف تمام فأثناء اللعب تتحرك بصورة عشوائية وبالتالى شعاع الضوء يختلف والتأثر الذي يجب ان تراه نتيجة الحركة يختلف من ظلال وشكل السلاح وزاوية أنكسار الضوء وأنعكاسه سواء كان للشمس دالخ للعبه او مصدر كهربى للضوء ولذلك تم أضافة Real Time للتقنية اي المحاكاة اللحظية وهذا بتطلب بطاقات رسومية قويه جدا جدا لعل حاليا أقلها هو بطاقة GTX 680 HD 7970 بدأت التقنية في الظهرو مع إعلان intel لمعالجها الرسومى Larrabee فى عام 2007 التى قالت انه سيكون قادر على تقديم إلعاب تعمل بتقنية RTRT ولكن فى العام التالي أعلنت intel عن إلغاء معالجها الرسومى Larrabee وتوجيهة لجانب الحوسبة وماتت التقنية مرة أخرى ثم في عام 2010 بدأت الفكرة بالظهور ولكن بطريقة تسلسلية فبدأت بعض الشركات بأستخدام أجزاء من التقنيه في محركات الألعاب الخاصه بها مثل محرك Unreal Engine 4 الذي أستخدم التقنية فى التأثيرات الضوئية وبعض الخواص وكانت هذه النتيجة .

هذه الصورة لمحرك Luminous الخاص بشركة Square Enix

فيديو أخر من شركة NVIDIA

فيديو أخر لمؤتمر GTC2013 وأخر ما وصلو إليه في التقنيه

تقنية RTRT أستخدمت في العديد من الألعاب في عام 2012 ولكن بصورة جزئية مثل الأضاءة
CRYSIS3,BF3,Medal Of Honor Warfighter

لماذا التقنية ستكون مُستقبل الحاسب ؟

تعرفنا معا على التقنية وعلى الكم الهائل المطلوب من البطاقة الرسومية لتقوم بتلك العمليه (عملية الـRENDER بأستخدام تقنية RTRT) إن مكونات الحاسب الشخصي حاليا تعتمد على الألعاب والتى بدورها تعتمد علي البطاقات الرسومية والتى بدورها تصنع من أجلها المعالجات واللوحات الأم ففى الفترة الأخيرة بدأت الأجهزة اللوحية والهواتف الذكية فى سحب جزء كبير من مبيعات الحاسب الشخصى ولكن يحضرنى مقولة أحد الأصدقاء هل تستطيع تلك الأجهزة تشغيل بعض الألعاب مثل Crysis بالطبع لا ولكنها ستصل في يوم من الأيام ولكن وقت وصولها ستكون تقنية RTRT هى المستخدمة ومستوى أخر من الرسوميات مقدم للحاسب الشخصى فتطوير المعالجات واللوحات ما هو إلى مدخل للبطاقات الرسومية فبدون بطاقات رسومية لن نحتاج إلى معالجات أقوى من الحالية او لوحات أم تصنع من أجل أستخدام اكثر من بطاقة رسومية أتكلم هنا عن مجال الحاسب الشخصى وليس الخوادم او الحوسبة بصفه خاصة أعلم أنى أختزلت الكثير في المقال لأحاول تبسيطه لهذا القدر ولكن التفاصيل الأخرى لن تهم أى شخص غير المحترفين وهم يعرفون الطريق إليها - مستنى رأيكم في الموضوع Smile