مباحث و اخبار در مورد گرافیک نسل آینده

[Erfan.]

از مدتی قبل زمزمه هایی در مورد نسل بعد بازی ها وجود داشت و تا مدتی دیگر شاهد معرفی رسمی کنسول های نسل بعد خانگی خواهیم بود، گرچه تاکنون در این مورد نیز شایعاتی مطرح شده. عرضه نسل بعد کنسول های خانگی Microsoft و Sony باعث جهش هایی در موارد مختلف صنعت گیمینگ از جمله گرافیک و هوش مصنوعی خواهد شد که امروزه محدودیت ناشی از سخت افزار قدیمی کنسول ها در این موارد به راحتی حس میشود.

امروزه شاهد گرافیک بالاتر (در مواردی مثل Crysis 2، به شدت بالاتر) بازی های مولتی پلتفرم در کامپیوتر ها مقابل کنسول ها هستیم اما به هر حال، یکی از عواملی که دست سازندگان را میبندد محدودیت ناشی از سخت افزار کنسول های فعلیست، زیرا بیشتر گیم ها با تمرکز بر روی نسخه کنسولی ساخته و سپس برای PC پورت میشوند. با رفع این محدودیت، تلاش و رقابت برای گرافیک و جلوه های دیداری هر چه بالاتر بین سازندگان شکل میگیرد، چیزی که در ابتدای هر نسل به مهم ترین عامل جذب گیمر ها تبدیل میشود.


در چند سال اخیر قابلیت ها و ویژگی های گرافیکی مختلفی معرفی شدند و برخی از آن ها نیز تا حد زیادی تکامل یافتند. از جمله مهم ترین آنها، تکنیک های مربوط به Global Illumination، Ambient Occlusion، Tessellation و مباحث مربوط به Particle Rendering هستند. این تکنیک ها آن چنان جدید نیستند ولی در طول زمان با پیشرفت و تکاملشان باعث هر چه طبیعی و واقع گرایانه تر شدن بازی ها شده اند و در نسل آینده نیز با پیشرفت عظیم این تکنیک ها رو به رو خواهیم بود که مجموع این موارد باعث خلق صحنه هایی در گیم های آینده میشود که تا به حال فقط در تریلر های Pre-Rendered شاهد آنها بوده ایم.


امسال در E3 بعضی از شرکت ها از موتور های نسل بعدی و قابلیت های آن ها پرده برداری کردند و به نظرم آمد که بد نیست قبل از فرا رسیدن کنسول ها، نگاهی به مهم ترین ویژگی های گرافیکی و جلوه هایی که از این به بعد با آن ها به وفور رو در رو خواهید شد داشته باشیم. همزمان با معرفی Engine ها و گیم های معرفی شده، به ویژگی های گرافیکی آنها خواهیم پرداخت اما ابتدا در یک پست مجزا به تکنیک Global Illumination (به علت مهم و پایه ای بودن) میپردازم.

[Erfan.]

شماره پست	عنوان/موضوع
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]	[توضیح] Global Illumination
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]	Unreal Engine 4

[Erfan.]

Global Illumination

تعریف: الگوریتم هایی که باعث اثر گذاشتن نور(ها) بر محیط و سطوح میشوند به طور کلی Global Illumination (مخفف: GI) نام میگیرند.
از جمله مهم ترین الگوریتم ها: Ray Tracing، Radiosity، Ambient Occlusion، Photon Mapping و غیره را میتوان نام برد.

این اگلوریتم ها به طور کلی باعث میشوند که تابش نور و بازتاب نور ها از تمامی اجسام محیط بر رنگ سطوح مختلف تاثیر داشته باشد و تصویر، هر چه بیشتر به واقعیت نزدیک شود. همان طور که میدانید بازتاب نور از تمامی اجسام محیط انجام میشود و بسته به صاف و صیغل یا کدر و مات بودن اجسام، بازتابش نور میتواند منظم(Specular Reflection) یا نامنظم(Diffuse Reflection) باشد، همچنین تاثیر نور بر محیط نیز میتواند به طور مستقیم (Direct Illumination) یا غیر مستقیم(Indirect Illumination) باشد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

بازتابش منظم و نامنظم نور

بازتاب نور از اجسام کدر یا شفاف محیط باعث میشود که اجسامی که به طور مستقیم با منبع نور تعامل ندارند، دیده شوند، همجنین بازتاب نور از یک سطح رنگی باعث میشود که رنگ آن جسم در محیط پخش شود و اجسام دیگر را نیز تحت تاثیر قرار دهد. در نظر بگیرید که بازتاب نور بین اجسام مختلف به طور مکرر انجام میپذیرد و اثرگذاری رنگ بین سطوح مختلف بسیار پیچیده میشود.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

برای درک بهتر این موضوع به تصویر زیر دقت کنید:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

الگوریتم های Global Illumination غیر فعال

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

الگوریتم های Global Illumination فعال

حال به طور خلاصه به توضیح چهار مورد از اصلی ترین الگوریتم های Global Illumination میپردازم:

Ray-Tracing


همان گونه که از نامش پیداست، این متد به وسیله ردگیری پرتو ها عمل میکند. چشم انسان در خارج از مانیتور مد نظر داده میشود، پرتویی که از یک سطح به سمت چشم انسان بازتاب میشود امتداد داده شده (گذر از پیکسل های مانیتور نیز حساب میشود)، سپس تاثیر پرتو های دیگری که به سطح مورد نظر برخورد کرده اند بررسی و رنگ سطح محاسبه میشود.

برای مثال به شکل زیر دقت کنید، یک اتاق با دو منبع نور...

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در Ray-Tracing پرتویی که از سطح منعکس میشود به چشم انسان امتداد داده میشود، سپس پرتو های منابع نور محیط و بازتاب از اجسام شفاف به سطح در نظر گرفته میشود، شدت و رنگ نور ها محاسبه و در نهایت سطح مورد نظر دارای رنگ و بازتاب خاص خود میشود.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

مزایا:

تاثیر مستقیم نور، بازتاب های مستقیم، سایه ها و اثر اجسام شفاف به طور بسیار دقیق انجام میپذیرد.

معایب:

محاسبه آن برای سخت افزار زمان بر است، هر چه قدر منابع نور زیادتر باشند محاسبه سنگین تر میشود، پردازش برای هر زاویه دید(Viewpoint) باید تکرار شود(Viewpoint Dependent)، اثر بازتاب های نامنظم محاسبه نمیشود.





Radiosity

این متد کاملا با Ray-Tracing متفاوت است به این صورت که محیط به چند ضلعی هایی (Elements) تقسیم میشود، سپس پرتو های وارد و خارج شده به/از هر Element بررسی شده، رنگ Element و در نهایت رنگ کل محیط برآورد میشود. در این روش برخلاف Ray-Tracing محسابه اثر رنگ و نور بر محیط به زاویه دید بستگی ندارد بلکه اثر نور و رنگ بر کل محیط یک جا و یک مرتبه محاسبه میشود.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

تفاوت یک تصویر با Radiosity فعال و غیر فعال

مزایا:

اثر غیر مستقیم نور و بازتاب های نامنظم بر محیط محاسبه میشود، وابستگی به زاویه دید ندارد(Viewpoint Independent)

معایب:

تقسیم بندی سطوح به چند ضلعی ها باعث مصرف مموری میشود، ممکن است باعث ایجاد آرتیفکت شود، بازتاب های مستقیم و اثر اجسام شفاف محاسبه نمیشود.

Ambient Occlusion(مخفف: AO)

تکنیکیست که برای ایجاد سایه های طبیعی تر(در مواردی که نور به طور غیر مستقیم میتابد) و عمق بخشیدن به اجسام به کار میرود.

وجود اجسام در مقابل فوتون هایی که در حال بازتاب از اجسام مختلف هستند(بازتاب نور از اجسام مختلف محیط) باعث ایجاد سایه و نیم سایه هایی میشود، این تکنیک باعث ایجاد سایه یا نیم سایه بسته به میزان بلاک شدن نور یک قسمت از یک آبجکت بر اثر وجود اجسامی که در مقابل آن هستند میشود.
در نهایت این تکنیک باعث میشود که محیط هایی که نور کمتری از محیط(به طور غیر مستقیم) دریافت میکنند تیره تر و دارای سایه با حجم متناسب شوند و محیط هایی که در معرض تابش مستقیم نور از منابع نور هستند به شکل طبیعی و براق درآیند.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

Sparse Voxel Octree Global Illumination

Unreal Engine 4 از این تکنیک بهره میبرد، در این تکنیک، تمامی نور های محیط در Voxel ها -پیکسل های سه بعدی و دارای حجم- ذخیره میشوند. هنگام رندر یک پیکسل، به وضعیت Voxel های مربوط به آن بررسی شده و سپس مقدار نور غیر مستقیمی که آن دریافت میکند محاسبه میشود.





تفاوت اصلی Global Illumination نسل آینده (و تعداد معدودی از گیم های با گرافیک بالای امروزی) با بقیه گیم های این نسل، Real Time بودن GI نسل بعد میباشد، به این صورت که تکنیک های GI بر روی تمامی آبجکت های ثابت و غیر ثابت اجرا میشود. اما تا به حال در بیشتر گیم ها، GI به طور Static و فقط روی آبجکت های ثابت محیط اعمال میشد، به این صورت که نور آجکت های مختلف پس از اجرای تکنیک های GI در Lightmap ها ذخیره شده و در نهایت به نمایش درمی آمدند.


منابع اصلی که از آنها برای نوشتن این مطلب استفاده شده است:

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] (صفحات متخلف)
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] (صفحات مختلف)
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]
[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

و منابع دیگر.

دوستان عزیز، لطفا هر سوال یا ابهامی در موارد بالا رو در همین تاپیک مطرح کنید تا به تبادل نظر در اون مورد بپردازیم.

[Erfan.]

Unreal Engine تا به حال یکی از مهم ترین و گسترده ترین موتور های صنعت بازی سازی بوده، UE3 مثال خوبی در این مورد هست. کافیست نگاهی به [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] که در این نسل با این موتور ساخته شده بیاندازید تا گسترش و محبوبیت آن را متوجه شوید.

در E3 2012 نمایش نسبتا کاملی از UE4 و قابلیت های گرافیکی آن ارائه شد. تمرکز اصلی تیم Epic بر روی تکنیک های Global Illumination و شبیه سازی فیزیک ذرات بوده و در این موارد واقعا پیشرفت قابل ملاحظه ای نسبت به نسل حاضر داشته اند. محیط های خلق شده با این موتور به لطف Real-Time GI و سایه پردازی حرفه ای اکنون بسیار به واقعیت نزدیک شده اند و با استفاده از تکنولوژی PhysX کمپانی Nvidia، شبیه سازی های فیزیکی نیز به شدت عالی از آب درآمده اند؛ در دموی Elemental شکستن مجسمه ها و ریزش آجر ها به لطف Nvidia PhysX بسیار طبیعی کار شده بود.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~. ~.



Geforce.com (سایت سمی محصولات رده Geforce کمپانی Nvidia) مصاحبه ای با Tim Sweeney (بنیان گذار Epic Games) در رابطه با Unreal Engine 4 انجام داده که برخی قسمت های آنرا در زیر با هم میخوانیم:


تکنولوژی UE4 چگونه با دموی Samaritan مقایسه میشود؟

- دموی ساماریتان که در GDC 2011 نمایش دادیم تنها یک نمونه اولیه از ایده های تیم گرافیکی ما از نسل بعد بود. UE4 به خوبی آنرا پشت سر میگذارد، برای نمونه یک خط لوله‌ی نورپردازیِ غیر مستقیمِ همزمان که اساسا نوع صحنه هایی که میتوانند نمایش داده شوند را دچار تغییر میکند.



Global Illumination چیست و چرا این قدر برای رئالیسمِ گیم ها اهمیت دارد؟

- Global Illumination به محاسبه نوری که در یک صحنه در حال پرش(Bounce) است برمیگردد. GI مسئول خیلی از افکت های دقیق مربوط به سایه و اتمسفر و همچنین بازتاب های صیقلی و متالیک هست که ما در محیط واقعی میبینیم. معرفی Real-time global illumination در UE4 بزرگترین پیشرفت در زمینه نورپردازی از زمان UE1 که در زمان خود Real-time direct illumination را عرضه کرد، میباشد.



موتور های دیگر همچنین گاها ادعا میکنند که از Real-Time GI پشتیبانی میکنند. چه چیزی اجرای این تکنیک را در UE4 خاص میکند؟

- تکنیک هایی مثل Light Propagation Volumes (اشاره به Cry Engine - مترجم) در گیم های اخیر استفاده شده اند، و به طور تقریبی Real-time diffuse GI را اجرا کرده اند. تکنیک SVOGI به این دلیل خاص است که قابلیت اجرای بازتاب های مختلف را در تمام صحنه دارد. این کلید رندر طبیعی سطوح متلیک و صیغلی میباشد.

  محتوای مخفی: SVOGI 

Sparse Voxel Octree Global Illumination

در این تکنیک، تمامی نور های محیط در Voxel ها -پیکسل های سه بعدی و دارای حجم- ذخیره میشوند. هنگام رندر یک پیکسل، به وضعیت Voxel های مربوط به آن بررسی شده و سپس مقدار نور غیر مستقیمی که آن دریافت میکند محاسبه میشود.

موتور PhysX چه گونه در UE4 تکامل یافته است؟ این تکنولوژی چه گونه در دمو نشان داده شد؟

- ما از PhysX برای تمامی برخورد(collision) های نمایش داده شده، و تمامی آبجکت های فیزیکی قابل تعامل در دمو(چکش، مجسمه ها، سیاره ها و ...) استفاده کردیم.




[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]



~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~.~. ~.




در زیر نگاهی می‌اندازیم به برخی ویژگی های گرافیکی این موتور.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

تصویر بالا مربوط به Global Illumination و Color Bouncing هست. کف اتاق که آبی رنگ است باعث شده بعضی قسمت های دیوار ها و اجسام دیگر، رنگ آبی را بازتاب دهند و آبی دیده شوند، همچنین به گوی فلزی ای که با فلش قرمز مشخص کردم توجه کنید، رنگ قرمز دیوار به دلیل بازتاب رنگ قرمز پرده ای که از سقف آویزان است به وسیله گوی فلزی به وجود آمده است.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در این تصویر Lens Flare زیبایی را مشاهده میکنید. Lens Flare به دلیل وجود یک منبع نور قوی در صحنه به وجود می‌آید و ظاهر آن نیز آرتیفکت هایی به شکل حلقه ها و لایه های رنگی میباشد.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

در این صحنه، 1000000 ذره(Particle) همزمان رندر شده اند، همگی دارای فیزیک میباشند و به عوامل محیط عکس‌العمل نشان میدهند. در گیم ها از این توانایی میتوان برای خلق صحنه های بی نظیر آتش، انفجار، جرقه زدن، بارش برف و باران و... استفاده کرد، به صورت کاملا دینامیک و Real Time.

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

دو تصویر بالا یک محیط را نشان میدهند. اما در تصویر اول، پنجره ها باز و در تصویر دوم، بسته هستند. میبینید که به طور کلی رنگ بندی محیط عوض شده و به دلیل نرسیدن نور به اجسام، اتاق کاملا تاریک میشود. همچنین، Lens Flare که در تصویر اول دیده میشود از بین میرود. این تصویر ها نمایانگر Real-Time Lighting هستند و بازتابش نور از اجسام به طور Real-time را یادآور میشوند.

لینک ها:



[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ]

[Hamed DC]

سلام.
باز هم مثل همیشه؛عالی، کامل، دقیق.
دست گلت درد نکنه.

[mjorh]

با تشکر از آقا عرفان...کمبود این تاپیک واقعا حس میشد ...

+

این چهار مورد از اصلی ترین الگوریتم های Global Illumination، وقتی GI تو یه بازی ON میشه ...امکانش هس ک هر چارتای این تکنیکا رو ببینیم... یا فقط یه تکنیک خاص واسه یه گیم استفاده میشه ؟

[Erfan.]

این چهار مورد از اصلی ترین الگوریتم های Global Illumination، وقتی GI تو یه بازی ON میشه ...امکانش هس ک هر چارتای این تکنیکا رو ببینیم... یا فقط یه تکنیک خاص واسه یه گیم استفاده میشه ؟

امکانش هست برخی الگوریتم ها همزمان اجرا بشن...

برای مثال، Battlefield 3 هم از Radiosity استفاده میکنه هم از AO (بسته به تنظیمات، SSAO یا HBAO) که همین بازی به نظرم یکی از قوی ترین GI ها رو تا به حال داشته... اگه با نهایت تنظیمات این بازی رو انجام بدید حس میکنید که محیط ها از بازی های دیگه خیلی طبیعی تر و Life Like تر هستند.

در کل متد های GI تعدادشون زیاده و هر سازنده ای ممکنه برخی از اون ها رو با هم ترکیب کنه، تا در نهایت به هدف مورد نظر برسن...

[CRIS Joon CR7]

آشنایی ساده و روان با :
Anti-Aliasing

با تشکر از عرفان جان عزیز بابت زدن این تاپیک مفید و واجب

Anti-Aliasing یکی از کاربردی ترین تکنیک های گرافیکی است که برای بالا بردن وضوح تصاویر ۲ بعدی و یا ۳ بعدی استفاده میشود.کاربردهای آنتی آلیزینگ گسترده است و در صنعت باز یهای رایانه ای و انمیشن به وفور استفاده میشو د ونقش مهم و حیاتی ایفا میکند.هر چه میزان این تکنیک بالا تر باشد،وضح تصاویر بالاتر میرود و تصاویر در صفحه نمایشگر شما طبیعی تر و واقعی تر به نظر میرسند.به همین دلیل است که جزو تکنیک های فیلترینگ محسوب میشود،چون به عنوان یک فیلتر عمل کرده و بنا بر میزان انتخابی،لبه های اضافی و نا صافی ها را برای شما از بین میبرد.تا جایی که با دیدن یک خط راست در صفحه نمایشتان،احساس میکنید این خط درون صفحات کتاب است.در کل آنتی آلیزینگ در زبان علمی یعنی حذف سیگنال های اصلی از روی مدل که باعث هم سطح کردن فرکانس با پردازش دستگاه میشود.

برای آشنایی بیشتر با آنتی آلیزینگ نظر شما را به تصویر بالا جلب میکنم.با کمی دقت متوجه میشوید که در تصویر سمت چپ،از آنتی آلیزینگ استفاده نشده و در سمت راست،استفاده شده.خطوط مقداری صاف تر شده اند و از فواصل دور به مراتب صاف تر به نظر میرسند تا تصویر سمت چپ.

همونطور که در تصاویر فوق مشاهده میکنید،تفاوت دو تصویر بسیار محسوس و مشخص است.در تصویر بالایی آنتی آلیزینگ به کار نرفته است و در تصویر پایین آنتی آلیزینگ با دقت و کیفیت بالایی به کار رفته است.در اینجا جا دارد که ذکر کنم این نوع آنتی آلیزینگ در بازی های ارکید استفاده میشود،چون دورنمای بهتری نسبت به بازی های سوم شخص دارند.

خب حال که با کاربرد آنتی آلیزینگ آشنا شدید،به سراغ شرح نحوه کار این تکنیک میرویم. ابتدا تصویری که در صفحه نمایش نشان داده میشود،توسط سیستم دیده شده و بعد مختصات تمام پیکسل در راستای محور های X و Y با توجه به بازه فرکانسی که برای چشم انسان قابل مشاهده است،آلیزینگ میشود.در این روش کافی است ابتدا فرکانس های بالا حذف شوند،چون فرکانس های پایین برای چشم انسان قابل رویت نیست.یا به زبان ساده تر،آن ایرادی که برای چشم ما قابل رویت هست آلیزینگ میشود و آن عیبی که چشم ما قادر به درک آن نیست،باقی میماند. برای فهم بهتر این مطلب به تصویر زیر خوب دقت کنید:

در بیشتر بازی ها از نوع دیگری از آنتی آلیزینگ استفاده میشود که به تمام صفحه مشهور است.این روش در چندین مرحله صورت میگرد،بصورت X4 X8 X16 که به معنای دفعات رندر هر پیکسل است.بطور مثال در مرحله X16 هر پیکسل ۱۶ بار بطور کامل رندر میشود که مستلزم قدرت سخت افزاری زیادی است ولی نتیجه اش واقعا چشم نواز است.

[Erfan.]

.

ممنون بابت پستتون دوست عزیز... ولی مسئله ای که هست، اینه که این تاپیک برای آشنایی با متد هایی که از این به بعد یا جدید هستند یا تکامل پیدا میکنند ایجاد شده... Global Illumination که من بهش پرداختم در انجین های نسل آینده(و انتهای این نسل) به شدت روش کار شده اما توضیح در مورد اصل کلی Anti-Aliasing به خودی خود مبحث جدیدی نیست، اگر در مورد متد جدیدی از AA مطلبی قرار میدادید بسیار عالی میبود اما مطلب شما در راستای [ برای مشاهده لینک ، با نام کاربری خود وارد شوید یا ثبت نام کنید ] هست.

از دوستان دیگه هم اگه کسی مطلبی داره خوشحال میشیم استفاده کنیم از اخبار در مورد مسائل نسل بعدی گرفته تا موارد دیگه...

[IOG]

تاپیک بسیار جالبی هست برای من. اگر چه کار های گرافیکی به رشته من نمیخوره ولی اهل بازی و کار با مکس بودم ( شاید بعدا هم باشم!) . از شما خیلی متشکرم آقا عرفان...