چرا Ray Tracing در موبایل اهمیت دارد؟
Ray Tracing نور، بازتاب‌ها و سایه‌های واقع‌گرایانه را باز می‌کند تا غوطه‌ور شدن بازیکنان را در دنیای تاریک فانتزی Abyss of Dungeons افزایش دهد. در حالی که گرافیک خیره کننده بصری در بازی های موبایل بسیار مهم است، دستیابی به جلوه های وفاداری بالا مانند تصاویر بصری ردیابی پرتو یک چالش مهم بوده است. از لحاظ تاریخی، محدودیت‌های عملکرد بازی‌های موبایلی، تکنیک‌های رندر پیشرفته را محدود کرده است و کیفیت بصری را در مقایسه با تجربیات رایانه‌های شخصی و کنسول‌ها به خطر می‌اندازد.
Krafton Abyss of Dungeons قصد داشت بر این محدودیت ها غلبه کند. هدف ادغام فناوری ردیابی پرتو، که معمولاً برای پلتفرم‌های سطح بالا محفوظ است، در نسخه موبایل در Unreal Engine 5 (UE5) بود. این تلاش به دنبال افزایش قابل توجهی غوطه ور شدن بازیکن با ارائه گرافیک واقعی تر و بصری غنی تر در دستگاه های تلفن همراه بود. این تیم باید گلوگاه‌های عملکردی را برطرف می‌کرد، خطوط لوله رندر پیچیده مانند Lumen UE5 را تطبیق می‌داد، و از ثبات در سخت‌افزارهای مختلف موبایل اطمینان می‌داد، که گامی مهم در جهت آوردن گرافیک با کیفیت کنسول به بازی‌های موبایلی بود.
جهش بصری از Rasterization به Ray Tracing
شطرنجی سازی معمولی به دلیل سرعت آن استاندارد رندر موبایل است. این اشیاء سه بعدی را پیکسل به پیکسل بر روی صفحه نمایش دو بعدی نمایش می دهد. این روش کارآمد است، اما تعاملات نور را ساده می کند و در نتیجه سایه ها و بازتاب های واقعی کمتری ایجاد می کند.
ردیابی پرتو رویکرد متفاوتی را ارائه می دهد. مسیر واقعی پرتوهای نور را شبیه‌سازی می‌کند و برهمکنش آنها را با اجسام محاسبه می‌کند. این نور، سایه ها و بازتاب های بسیار دقیق و واقعی ایجاد می کند. با این حال، این واقع گرایی به قیمت شدت محاسباتی تمام می شود. محاسبه مسیر و تعاملات هر پرتو به قدرت پردازش قابل توجهی نیاز دارد.
مقایسه Rasterization و Ray Tracing
جدول زیر تفاوت های کلیدی بین شطرنجی سازی و ردیابی پرتو را خلاصه می کند:
| ویژگی | شطرنجی سازی | ردیابی اشعه |
|---|---|---|
| سرعت | سریع | کند |
| واقع گرایی | پایین تر | بالاتر |
| استفاده از منابع | پایین | بالا |
این شدت منبع چالشی را برای دستگاه های تلفن همراه ایجاد می کند که در مقایسه با رایانه های رومیزی قدرت پردازش محدودی دارند. این محدودیت از لحاظ تاریخی مانع از پذیرش ردیابی پرتو در سیستم عامل های تلفن همراه شده است.
انتخاب و پیاده سازی Ray Tracing در اندروید: یک رویکرد روشمند
برای پیاده سازی ray tracing در اندروید با Vulkan، دو روش اصلی در نظر گرفته شد: Ray Queries و Ray Pipelines. Ray Queries یک رویکرد ساده‌تر را ارائه کرد، که مدیریت دستی پرتو در سایه‌زن‌ها را امکان‌پذیر می‌کرد، که برای ادغام در سیستم‌های موجود ساده‌تر بود.
با این حال، Ray Pipelines راه‌حل مقیاس‌پذیرتری ارائه کرد و به Vulkan اجازه داد تا پیمایش و تقاطع پرتو را مدیریت کند. اگرچه Ray Queries در ابتدا در صحنه‌های ساده‌تر کمی سریع‌تر بود، اما Ray Pipelines مقیاس‌پذیری و عملکرد بهتری را برای برنامه‌های پیچیده‌تر ردیابی پرتو نشان داد و آنها را به انتخابی برتر برای توسعه طولانی‌مدت و نیازهای بصری پیچیده تبدیل کرد. ما تصمیم گرفتیم سهولت توسعه اولیه را با مقیاس پذیری آینده و عملکرد کلی متعادل کنیم و بر یکپارچگی بصری طولانی مدت بازی تمرکز کنیم.
تطبیق لومن UE5 برای تلفن همراه: یک کار تاریخی
Lumen UE5، یک سیستم روشنایی و بازتاب جهانی بلادرنگ، انقلابی در نورپردازی در محیط های بازی ایجاد کرد. با این حال، در ابتدا برای رایانه های شخصی و کنسول های با عملکرد بالا طراحی شده بود، نه دستگاه های تلفن همراه. پیچیدگی و منابع مورد نیاز Lumen یک چالش بزرگ برای یکپارچه سازی تلفن همراه ایجاد کرد. تطبیق Lumen برای اندروید به تغییرات گسترده در خط لوله رندر و کامپایلر سایه زن UE5، همراه با بهینه سازی ساختارهای شتاب (AS) برای مدیریت کارآمد داده های صحنه پیچیده نیاز داشت. هدف این تیم پر کردن شکاف بود و دستگاه های تلفن همراه را قادر می ساخت تا محاسبات پیچیده نورپردازی Lumen را بدون به خطر انداختن عملکرد یا ثبات انجام دهند. این تلاش تطبیقی همچنین به پایگاه کد رسمی Unreal Engine کمک کرد و به جامعه توسعه بازی‌های گسترده‌تر و ارتقای قابلیت‌های رندر موبایل کمک کرد.
سایه‌ها و بازتاب‌های ردیابی پرتو: ارتقای رئالیسم بصری
پیاده‌سازی سایه‌های ردیابی پرتو شامل ردیابی پرتوهای نور به طور مستقیم از سطوح به منابع نور بود که در مقایسه با نقشه‌های سایه معمولی دقت بالاتری ارائه می‌کرد. این فرآیند شامل پیش‌گذر عمق، سایه‌های پرس و جوی پرتو، حذف نویز و ادغام در مسیر نورپردازی بود. سایه‌های نرم با استفاده از یک پرتو تک با لرزش و به دنبال آن حذف نویز به‌طور مؤثری به دست آمد. برای انعکاس، تیم یک فرآیند چند مرحله‌ای شامل عبور بافر G، انعکاس ردیابی پرتو و ذخیره‌سازی داده‌ها، تبدیل شناسه مواد، یک پاس حل (ساخت تصویر منعکس‌شده) و یک پاس ترکیبی (ادغام بازتاب‌ها در صحنه اصلی) را اجرا کرد. بهینه‌سازی‌هایی مانند بازخوانی CPU، رویکردهای کاشی‌شده، دسته‌بندی نمونه‌ها، و AS ناهمزمان عملکرد قابل‌توجهی بهبود یافته و سربار کاهش می‌یابد و به ماهیت منابع فشرده این فرآیندها در دستگاه‌های تلفن همراه می‌پردازد.
تاثیر عملکرد و استراتژی های بهینه سازی
تاثیر عملکرد ردیابی پرتو، به ویژه با بازتاب، بسیار وابسته به صحنه بود. در صحنه‌هایی با سطوح بازتابنده بزرگ، بازتاب‌ها می‌توانند بخش قابل توجهی از زمان فریم (30-40٪) را مصرف کنند. بهینه‌سازی‌ها برای عملی کردن ردیابی پرتو بسیار مهم بود. این تیم از تکنیک‌های متعددی برای کاهش سربار و افزایش کارایی استفاده کرد: استفاده از یک رویکرد رندر مبتنی بر کاشی برای به حداقل رساندن پردازش هدر رفته، نمونه‌های دسته‌ای از مواد و هندسه یکسان برای کاهش تماس‌های ترسیمی، ساخت سازه‌های شتاب فقط برای هندسه‌های قابل مشاهده، و استفاده از محاسبات ناهمزمان برای ساخت AS. این استراتژی‌ها زمان پردازش را به شدت کاهش داده و بار GPU را کاهش می‌دهند و ردیابی اشعه‌ای بلادرنگ را روی سخت‌افزار موبایل ممکن می‌سازند.
ادامه مطلب
Abyss of Dungeons Krafton نشان داد که با انطباق‌ها و بهینه‌سازی‌های استراتژیک، می‌توان تکنیک‌های رندر پیشرفته مانند ردیابی پرتو را به پلتفرم‌های تلفن همراه آورد. این تیم با موفقیت سیستم Lumen UE5 را تطبیق داد، راه‌حل‌های رندر سفارشی را پیاده‌سازی کرد، و موانع فنی متعددی را برای ارائه یک تجربه بازی بصری بهبود یافته حل کرد. این تلاش نه تنها وفاداری بصری Abyss of Dungeons را بهبود بخشیده است، بلکه بینش‌ها و تکنیک‌های ارزشمندی را برای توسعه بازی‌های موبایلی آینده ارائه کرده است. این قدرت همکاری بین توسعه‌دهندگان بازی و ارائه‌دهندگان فناوری برای نوآوری و ارتقای تجربه بازی‌های موبایلی را برجسته می‌کند و آن را به کیفیت موجود در رایانه‌های شخصی و کنسول‌ها نزدیک‌تر می‌کند. بهینه سازی دقیق آموزش پرتو را در سایت توسعه دهندگان سامسونگ بررسی کنید.