تفاوت ری تریسینگ و Path Tracing چیست؟

تفاوت ری تریسینگ و Path Tracing یکی از موضوعاتی به شمار می رود که با پیشرفت گرافیک بازی‌های ویدیویی اهمیت بیشتری پیدا کرده است. هر دو فناوری با هدف شبیه‌سازی رفتار نور در دنیای واقعی توسعه یافته‌اند. اما تفاوت دقیق آن‌ها در چیست؟ جواب این سوال را در ادامه این مطلب خواهید فهمید.

گرافیک بازی‌های ویدیویی در سال‌های اخیر و هم‌زمان با حضور کنسول‌های نسل نهم در بازار، پیشرفت چشم‌گیری داشته و هر چه بیشتر به واقعیت نزدیک شده است. افزایش قدرت کارت‌های گرافیک، ارتقای انجین‌های بازی‌سازی و استفاده از فناوری‌های جدیدتر، مرز بین بازی‌ها و دنیای واقعی را باریک و باریک‌تر می‌کند. تکنولوژی ری تریسینگ (Ray Tracing) بدون شک یکی از مهم‌ترین عوامل این پیشرفت قابل توجه به حساب می‌آید که نسخه جدیدتری از آن با نام Path Tracing طی سال‌های اخیر ظهور کرده و در حال رواج است.

امروزه بسیاری از بازی‌های جدید از ری‌تریسینگ استفاده می‌کنند و برخی از عناوین هم سراغ Path Tracing رفته‌اند. قطعا برای خیلی‌ها سوال می‌شود که هر کدام از این تکنولوژی‌ها چه مزیتی نسبت به دیگری دارد و تفاوت دقیق آنها چیست. حال در ادامه به بررسی کامل این دو و تفاوت ری تریسینگ و Path Tracing و همچنین مشخصات مورد نیاز آنها و  تاثیرشان بر خروجی تصویر و پرفورمنس در بازی‌ها خواهیم پرداخت.

فناوری ری تریسینگ (Ray Tracing) چیست؟

ری تریسینگ فناوری‌ای برای شبیه‌سازی رفتار نور در محیط‌های سه‌بعدی است. نور در دنیای واقعی، پس از انتشار از یک منبع به سطوح مختلف برخورد می‌کند، بازتاب می‌شود، از بعضی مواد عبور می‌کند و روی محیط اطراف تاثیر می‌گذارد. ری تریسینگ تلاش می‌کند این رفتار را در یک محیط دیجیتال شبیه‌سازی کند. البته در بازی‌های ویدیویی معمولا تمام نورپردازی با این روش پیاده نمی‌شود، چون انجام محاسبات مربوط به آن فشار زیادی بر سخت افزار، به‌خصوص کارت گرافیک وارد می‌کند.

برای همین خیلی از بازی‌سازها معمولا ری تریسینگ را برای بخش‌های مشخصی از تصویر فعال می‌کنند. البته در برخی عناوین، تمام نورپردازی‌ها با استفاده از همین فناوری شبیه‌سازی می‌شود.

استفاده از ری‌تریسینگ به جای تکنولوژی‌های قدیمی‌تر نورپردازی مثل Baked Lighting یا متدهای قدیمی Global Illumination باعث بهبودهای متعددی می‌شود که شامل موارد زیر است:

• باز‌تاب‌های دقیق‌تر (مثل بازتاب آب و شیشه و سطوح فلزی شفاف)
• سایه‌های دقیق‌تر و نرم‌تر با جزئیات بیشتر
• نورپردازی غیرمستقیم که هاله‌های نور و نیم‌سایه‌ها را بهتر به تصویر می‌کشد
• بهبود نورپردازی محیط و تفکیک بهتر محیط‌های تاریک و روشن
• بهبود نورپردازی‌های رنگی

بسیاری از تیم‌های بازی‌سازی در بازی‌های خود، ری‌تریسینگ را در کنار روش‌های سنتی رندر استفاده می‌کنند تا تعادل مناسبی بین کیفیت تصویر و عملکرد بازی ایجاد شود و به اجرای روان آسیب نزند.

فناوری Path Tracing چیست؟

این فناوری در واقع، شکل کامل‌تر و پیشرفته‌تری از ری تریسینگ به حساب می‌آید، اما پیاده‌سازی رهگیری پرتو با این روش، آن قدر دقیق‌تر است که یه گزینه جدا در تنظیمات بازی‌‌ها محسوب می‌شود. این فناوری تلاش می‌کند مسیرهای مختلف حرکت نور در محیط را با دقت بیشتری محاسبه کند.

برای درک ساده‌تر موضوع، تصور کنید نور از یک پنجره وارد اتاق می‌شود. این نور به کف اتاق برخورد کند، از کف بازتاب می‌شود، به دیوار می‌رسد و سپس روی یک شیء دیگر تاثیر می‌گذارد. حالا در Path Tracing چنین روندی به شکل گسترده‌تری در محاسبات نورپردازی در نظر گرفته می‌شود که نتیجه آن، طبیعی‌تر شدن بازتاب‌ها، سایه‌ها و نور غیرمستقیم خواهد بود. البته که این دقت بالاتر به قیمت هزینه پردازشی بیشتر تمام خواهد شد، چون میزان محاسبات نسبت به وقتی که از Ray Tracing استفاده کنید، به طرز قابل توجهی افزایش می‌یابد و فشار خیلی بیشتری به کارت گرافیک وارد می‌کند. بنابراین اجرای بازی با چنین فناوری‌ای، نیاز به سخت‌افزار قدرتمند دارد.

تفاوت ری تریسینگ و Path Tracing در نحوه شبیه‌سازی باز‌تاب‌ها

مهم‌ترین تفاوت این دو تکنولوژی به نحوه شبیه‌سازی نور مربوط می‌شود. شبیه‌سازی نور با ری تریسینگ محدود به پرتوهای خاصی برای نورپردازی، سایه‌زنی و انعکاس‌‌هاست. اگر بخواهیم جور دیگری تعریف کنیم، ری‌تریسینگ گرافیک را نسبت به رندرهای سنتی به طرز چشمگیری بهتر می‌کند، اما تمام پرتوهایی که از دوربین به سطوح می‌رسند را شامل نمی‌شود. بنابراین در چنین حالتی، سازندگان ترکیبی از Ray Tracing و روش‌های سنتی نورپردازی را استفاده می‌کنند تا تعادل مناسبی میان جلوه‌های بصری و عملکرد روان برقرار باشد.

اما از آن طرف در Path Tracing تقریبا تمام محدودیت‌ها کنار گذاشته می‌شود و با توجه به قدرت سخت‌افزار، شبیه‌سازی با در نظر گرفتن حداکثر پرتوهای ممکن رخ می‌دهد. این یعنی انعکاس‌ها بسیار دقیق‌تر خواهد بود و حتی بازتاب نور از سطوح مختلف، باعث خواهد شد نورپردازی به شکلی چشم‌گیر طبیعی‌تر به نظر برسد. بنابراین منطقی است که با این تکنولوژی، تصاویر به واقعیت بسیار نزدیک‌تر هستند.

این فناوری در بازتاب نورهای رنگی هم توانایی بالایی دارد، مثلا بازتاب نور از یک دیوار رنگی، خروجی‌است که بدون ری‌تریسینگ نمی‌توان در یک بازی به صورت دقیق پیاده کرد، مگر سازنده به صورت دستی و مشخص آن را پیاده کند.

تفاوت ری تریسینگ و Path Tracing در رندر سایه

سایه‌ها یکی دیگر از مواردی هستند که به لطف ری تریسینگ، بسیار طبیعی‌تر و نرم‌تر نمایش داده می‌شوند. سایه‌ها در روش‌های سنتی با تکنیک‌هایی تولید می‌شوند که برای افزایش سرعت رندر طراحی شده‌اند. این روش‌های عملکرد مناسبی دارند، اما همیشه یک نتیجه طبیعی ارائه نمی‌دهند، مثلا اطراف سایه‌ها حالت دندان دندانی پیدا می‌کند یا جزئیات کافی ندارد.

اما به لطف Ray Tracing شکل سایه با دقت بیشتری محاسبه می‌شود و ارتباط آن با هندسه اجسام و منبع نور را بهتر نمایش می‌دهد. به لطف Path Tracing این محاسبه دقیق‌تر و حتی میزان روشنایی یا تیرگی سایه هم به واقعیت نزدیک‌تر خواهد بود.

‌تفاوت ری تریسینگ و Path Tracing در عملکرد و فریم‌ریت

این مورد، بزرگ‌ترین و برجسته‌ترین تفاوت بین این دو فناوری است، چون میزان محاسبات و پردازش بین این دو فاصله قابل توجهی دارد.

منطقی است که فعال کردن Ray Tracing روی عملکرد بازی تاثیر بگذارد و فریم‌ریت بازی را کاهش دهد. میزان کاهش هم به قدرت کارت گرافیک، وضوح تصویر، کیفیت تنظیمات گرافیکی و نحوه پیاده‌سازی این فناوری در بازی وابسته است.

اما در Path Tracing این میزان کاهش فریم‌ریت بسیار محسوس‌تر است. حتی امکان دارد تغییر از Ray Tracing به Path Tracing فریم‌ریت را بین ۳۰ تا ۵۰ درصد در یک بازی کمتر کند. بنابراین برای تجربه معقول یک بازی با فعال کردن PT به یک کارت گرافیک قوی و جدید نیاز خواهید داشت.

اینجاست که اهمیت فناوری‌های Upscaling بیش از پیش به چشم می‌آید. فناوری‌های DLSS از انویدیا و FSR از ای‌ام‌دی و XeSS از اینتل با رندر بازی در وضوح داخلی پایین‌تر و بازسازی تصویر با استفاده از هوش مصنوعی، فشار پردازشی روی کارت گرافیک را کمتر و عملکرد بازی‌ها را بهتر می‌کنند. علاوه بر این، دو برند انویدیا و AMD برای سری‌های خود، فناوری‌های فریم جنریشن مخصوصی دارند که با استفاده از هوش مصنوعی، فریم‌های بیشتری می‌سازد تا عملکرد بهبود یابد.

برای اجرای این فناوری‌ها به چه کارت گرافیکی نیاز داریم؟

کمتر از یک دهه از ورود فناوری ری تریسینگ به بازی‌های ویدیویی می‌گذرد و به خاطر استفاده از جدیدترین تکنیک‌های رندرینگ، هر کارت گرافیکی امکان پشتیبانی و اجرای آن را ندارد. بنابراین اگر استفاده از این قابلیت برای شما مهم است، باید سخت‌افزار مناسب آن را تهیه کنید.

شرکت انویدیا پس از رونمایی از این فناوری، نسل جدیدی از کارت گرافیک‌های خود را به بازار معرفی کرد که از پیشوند RTX (به جای GTX) برخوردار هستند. اولین نسل، سری RTX 20 بود که در سال ۲۰۱۹ میلادی عرضه شد. انویدیا تاکنون چهار سری مختلف از کارت گرافیک‌های RTX را در دسترس قرار داده که آخرین آنها یعنی سری RTX 50 در ژانویه ۲۰۲۵ در دسترس قرار گرفتند. شرکت AMD هم پشتیبانی از ری‌تریسینگ را از سری کارت‌های Radeon RX 6000 شروع کرد و این مسیر را با دو سری RX 7000 و RX 9000 ادامه داد. تمام این کارت‌گرافیک‌ها از Path Tracing هم پشتیبانی می‌کنند، اما با توجه به قدرت پردازشی، تعداد RT Cores و همچنین نحوه پشتیبانی از DLSS و فریم جنریشن، هر کدام خروجی متفاوتی در بازی‌ها ارائه می‌دهند. شما باید به صورت کلی موارد زیر را حین خرید کارت گرافیک یا سیستم در نظر بگیرید:

• عملکرد رهگیری پرتو کارت گرافیک
• میزان حافظه گرافیکی
• پشتیبانی از فناوری‌های ارتقای تصویر
• قابلیت فریم جنریشن (Frame Generation)
• وضوح تصویر مانیتور
• قدرت پردازنده

فروشگاه کالاهمراه هم انواع مختلفی از کارت گرافیک از جمله رده RTX انویدیا را دارد که می‌توانید آنها را در صفحه مختص به آن مشاهده کنید.

کدام بازی‌ها از ری تریسینگ و Path Tracing بهره می‌برند؟

از آن‌جا که بیشتر از هفت سال است که ری تریسینگ در دسترس قرار دارد، هم‌ا‌کنون صدها بازی هستند که از این تکنولوژی بهره می‌برند. اما Path Tracing با توجه به پیچیدگی بیشتر و پردازش سنگین‌تر، توسط بازی‌های کمتری پشتیبانی می‌شود که فهرست شاخص‌ترین آنها به شرح زیر است:

• Cyberpunk 2077
• Alan Wake 2
• Resident Evil Requiem
• Black Myth: Wukong
• Indiana Jones and the Great Circle
• DOOM: The Dark Ages
• Pragmata
• Portal with RTX
• Half-Life 2 with RTX

طی ماه‌های آینده بازی‌های بیشتری هم به این فهرست اضافه خواهد شد که هنوز منتشر نشده‌اند یا پشتیبانی از Path Tracing را در قالب آپدیت دریافت خواهند کرد. اگر قصد خرید کارت گرافیک دارید تا قادر به تجربه این بازی‌ها با بهترین کیفیت ممکن باشید، حتما به فروشگاه کالاهمراه سری بزنید.

آیا Path Tracing از ری تریسینگ بهتر است؟

پاسخ به این سوال به دید شما و نوع مقایسه این دو تکنولوژی بستگی دارد. فناوری Path Tracing از نظر توانایی شبیه‌سازی نور و انعکاس‌ها فناوری پیشرفته‌تری محسوب می‌شود و شبیه‌سازی دقیق‌تر و واقع‌گرایانه‌تری ارائه می‌دهد.

اما این فناوری در عین حال پردازش سنگین‌تری دارد و بنابراین اگر بخواهید عملکرد روانی در اجرای بازی‌های پشتیبانی‌کننده از این فناوری داشته باشید، باید کارت گرافیک قدرتمندی تهیه کنید که هزینه بیشتری هم در پی دارد.

بنابراین در نهایت، اگر دنبال بهترین خروجی بصری ممکن در بازی‌های ویدیویی هستید،‌ فعال کردن Path Tracing بهترین راه ممکن است، اما اگر تهیه کارت گرافیک قوی برای شما گران است، خرید یک کارت گرافیک میان‌رده یا اقتصادی و بهره‌مندی از ری تریسینگ،‌ همچنان جلوه‌های بصری بسیار خوبی در مقایسه با حالت عادی به شما تحویل خواهد داد و هنوز هم یک تجربه معقول و متناسب با کنسول‌های نسل نهم خواهید داشت.