نور و نحوه مدل‌سازی آن

برای درک ماهیت رهگیری پرتو، اول باید از نحوه‌ی عملکرد نور در دنیای واقعی اطلاع پیدا کرد. هنگامی که یک منبع به تابش اشعه یا «پرتو» می‌پردازد، در این حالت، نور در مسیر خود به یک سطح برخورد می‌کند. این سطح در مقابل، یکی از این چهار کار را انجام می‌دهد؛ نور را در خود جذب می‌کند، بازتاب می‌دهد، موجب شکست نور می‌شودیا به‌شکل شفاف درمی‌آید. تفاوت بین این چهار کنش، تعیین می‌کند که شی زیر یک منبع نورِ به‌خصوص چگونه به‌نظر برسد.

به‌طور معمول، درخواست از کامپیوتر برای شبیه‌سازی تمام این چهار وضعیت و واکنش‌های آن‌ها به یک منبع نور، وظیفه‌ای نیازمند صرف هزینه و زمان بسیار زیاد است؛ بدین معنی که توسعه‌دهندگان گیمینگ برای جعل نتایج مشابه، باید با راه‌حلی ارزا‌ن‌تر کنار بیایند. برای سال‌ها، گیمینگ سه‌بعدی برای جلوه دادن طبیعی بازگشت نور از سطح یک شی، به نوعی تقلب کرده و از تکنیکی به نام شطرنجی‌سازی (Rasterization) بهره گرفته است.

شطرنجی‌سازی، اشیا سه‌بعدی را به‌منظور نمایش در مانیتور به پیکسل‌های دوبعدی تبدیل می‌کند و به همین شیوه نیز به پردازش نور می‌پردازد؛ سپس همانند نقاشی که با طیفی از خطوط تیره به اثر خود عمق می‌بخشد، جزئیات از دست‌رفته را با سایه‌زن‌ها (Shaders) پر می‌کند. در واقع، فناوری گرافیکی فعلی انویدیا و بسیاری از دیگر شرکت‌های حاضر در عرصه‌ی گرافیک کامپیوتری، نور و نحوه‌ی رفتار آن در یک صحنه‌ی معین را به ‌کمک همین تکنیک، به‌نحو بسیار ساده‌تری شبیه‌سازی می‌کند. این روش برای بازی‌های کنسول و پی‌سی به اندازه‌ی کافی مناسب است؛ اما هرچه به سمت قلمرو گیمینگ 4K نزدیک‌تر می‌شویم، تکنیک‌های نورپردازی قدیمی که برای سال‌ها از آن‌ها استفاده کرده‌ایم، دیگر قادر به حفظ آن سطح یکسان از دقت و موشکافی نخواهند بود.

به‌عنوان مثال، مدل‌سازیِ یک آینه با استفاده از شطرنجی‌سازی، امر دشواری است؛ زیرا این تکنیک قادر به رهگیری و مدل‌سازی خود نور نیست و درست به‌همین دلیل حتی پیشرفته‌ترین بازی‌های ویدئویی امروزی نیز در مدل‌سازی واقع‌گرایانه‌ی اجسامی همچون آینه با چالش روبه‌رو هستند؛ اما این وضعیت به‌زودی تغییر خواهد کرد.

رهگیری پرتو

در پاسخ به نیاز نسل جدید بازی‌های ویدئوهایی، رهگیری پرتو پا به میدان می‌گذارد. رهگیری پرتو از زمان ابداع در سال‌های گذشته ، همواره آرزویی دست‌نیافتنی در عرصه‌ی گیمینگ بوده است. در پاسخ به این سوال که این فناوری چیست، به زبان ساده می‌توان گفت که رهگیری پرتو یا پرتویابی نوعی تکنیک رندرینگ است که رفتار نور را  با برخورد آن به اشیاء به‌صورت بی‌درنگ در صحنه مدل‌سازی می‌کند. این شیوه با رهگیری جداگانه‌ی پرتوهای نور به‌محض بازگشت آن‌ها از سطوح مختلف، می‌تواند بازتاب‌ها، پراکندگی‌های زیرسطح، نیم‌شفافی و دیگر جزئیاتی را که به باورپذیر ساختن یک صحنه کمک می‌کنند، با دقت زیاد بازآفرینی کند.

انویدیا تقریبا از یک دهه‌ی پیش مشغول سرمایه‌گذاری روی رهگیری پرتو بوده است. غول سازنده‌ی کارت گرافیک در سال ۲۰۰۸ شرکتی به نام RayScale را تصاحب کرد و دو سال بعد در رویداد سیگراف ۲۰۱۰، از نخستین پیش‌نمایش رهگیری پرتو تعاملی روی کارت‌های مبتنی بر معماری Fermi کوادرو رونمایی کرد. پس از تماشای آن نمونه‌ی نمایشی، گمان می‌رفت که قابلیت رهگیری بدون درنگ پرتو به‌زودی در نسل‌های بعدی امکان‌پذیر خواهد شد. اما ۸ سال طول کشید تا انویدیا، رهگیری بی‌درنگ پرتو را در دسترس مصرف‌کنندگان عادی قرار دهد؛ دستاوردی که پیش از این رسیدن به آن به‌شدت دشوار و پرهزینه بود.