به نسل بعدی خوش آمدید؛ تحلیل فنی دموی آنریل انجین 5

شرکت اپیک گیمز (Epic Games) به تازگی از نسخه جدید موتور مشهور و محبوب خود، یعنی آنریل انجین 5 (Unreal Engine 5) رونمایی کرد. این رونمایی سر و صدای بسیاری به پا کرد، چرا که جلوه‌های بصری موجود در دموی منتشر شده در یک کلام میخکوب‌کننده است. حال، امروز در پی اس آرنا با شما هستیم تا با همراهی سازندگان و توسعه‌دهندگان موتور آنریل انجین 5 دموی منتشر شده را از نگاه فنی، بررسی و تحلیل کنیم.

تاکنون مشخصات سخت افزاری و برخی ویژگی‌های کنسول‌های نسل بعدی اعلام شده و شاهد تبلیغات ریز و درشت دو شرکت سونی و مایکروسافت بوده‌ایم. با این حال، تا به حال نمایشی نسل بعدی و متحیرکننده را تماشا نکرده‌ایم و حتی رویداد آنلاین اخیر مایکروسافت برای کنسول ایکس‌ باکس سری ایکس (Xbox Series X) نیز نتوانست آن‌طور که باید، ما را راضی کند. با این حال، با نمایش اخیری که شرکت اپیک گیمز با موتور گرافیکی آنریل انجین 5 روی کنسول پلی استیشن 5 ارائه داد، همه مات و مبهوت باقی ماندند و از جلوه‌های بصری و گرافیکی زیبایی که می‌توانند در نسل بعدی کنسول‌های بازی مشاهده کنند، هیجان‌زده شدند.

در نمایش اخیر موتور Unreal Engine 5 که به گفته‌ی اپیک گیمز، به صورت Real-Time روی کنسول PlayStation 5 اجرا شده، کیفیت و جزئیات محیط به طرز فوق‌العاده‌ای بالا بود. سطح‌ مدل‌ها و اشکال هندسی موجود در این دمو، بی‌نظیر بودند، نورپردازی و سایه‌ها دقیقا به مانند واقعیت به نظر می‌رسیدند و همچنین دورنماهای وسیع و زیبا، بدون Pop in یا مشکلاتی از این دست، به خوبی نمایش داده می‌شدند. با آنریل انجیل 5 اپیک گیمز قصد دارد طراحان و بازی‌سازان را از بند محدودیت‌های تعیین تعداد چند ضلعی (پالیگان) و نوع قراردادن آن ها کنار یکدیگر، خارج کند و به آن‌ها اجازه دهد تا طراحی‌ها و مدل‌های کامل ZBrush خود را به سادگی وارد موتور کنند. با آنریل 5، هیچ نیازی به ساده سازی مدل‌ها یا تولید سطح جزئیات (Level of Detail) برای ذخیره‌ی عملکرد یا پرفرمنس نیست. سیستم جدید موتور آنریل انجین 5 که Nanite نامیده می‌شود، تمام این کارها برای یک طراح و بازی‌ساز، انجام می‌دهد. این در حالی است که اپیک برای سیستم نورپردازی global illumination پویای خود، از یک فناوری جدید به نام Lumen استفاده کرده تا دقت نورپردازی در محیط‌ها را به اندازه‌ی نمونه‌های واقعی، بالا ببرد.

اما زمانی که از سطح جزئیات صحبت می‌کنیم، منظورمان چیست؟ دمویی که به تازگی مشاهده کردیم و Lumen in the Land of Nanite نامیده می‌شد، مجسمه‌های بزرگی را به ما نشان می‌داد که از 33 میلیون مثلث (چند ضلعی) با بافت‌های 8K ساخته شده بودند. در یکی از صحنه‌های دمو، حدود 500 عدد (دقیق‌تر بگوییم، 485 عدد) از این مجسمه‌ها یکجا به نمایش درآمدند و ما را متحیر کردند. با جمع کردن این تعداد، مجموعا به 16 بیلیون چند ضلعی می‌رسیم که بدون مشکل به نمایش درمی‌آیند. اما این موارد چگونه ممکن شده‌اند؟ ما می‌دانیم که توان پردازشی و محاسباتی کنسول‌های نسل بعدی، از جمله کنسول PS5، بالا و فوق‌العاده است اما آیا به تصویر کشیدن تمامی این موارد شگفت انگیز، با سخت افزار کنسول نسل نهمی سونی میسر شده است؟ خوشبختانه اعضای تیم فنی اپیک گیمز می‌توانند ما را برای فهم هر چه بیشتر این موضوع، کمک و یاری کنند. مدیر عامل اپیک گیمز، آقای تیم سویینی (Tim Sweeney)، مدیر بخش فناوری، آقای کیم لایبرری (Kim Libreri) و مدیر بخش مهندسی، آقای نیک پنواردن (Nick Penwarden) درباره دموی نمایش داده شده از آنریل انجین 5 و فناوری پشت این دمو صحبت می‌کنند و اطلاعات بسیار مفیدی را به ما می‌دهند. تیم سویینی برای شروع صحبت، این گونه توضیح می‌دهد:

فلسفه‌ی پشت این موضوع، به دهه 1980 بازمی‌گردد که ایده‌ی REYES به وجود آمد [یعنی] رندر کردن هر چیزی که چشم آن‌ها را می‌بیند. این یک کلمه مخفف جالب بوده و به این معنی است که با وجود جزئیات نامحدود و بی‌نهایت، این کار موتور است که تعیین کند چه پیکسل‌هایی را برای نمایش دادن، باید رسم کند. این‌گونه نیست که تمام 10 بیلیون پالیگان در هر فریم رسم شوند چرا که برخی از آن‌ها حتی بسیار کوچکتر از پیکسل‌ها هستند. این موضوع بدان معنی است که [صحنه] را با یک تقریی رندر کنیم و هیچ‌کدام از جزئیاتی که شما می‌توانید مشاهده کنید، جا نیافتد و این تا جایی پیش می‌رود که شما دیگر به هندسه (Geometry) کاری ندارید و کار دیگری نمی‌توانید انجام دهید. [از این به بعد] اگر پالیگان‌های بیشتری را رندر کنید، متوجه آن‌ها نخواهید شد چرا که آن‌ها به شکل بی نهایتی به هر پیکسل درون صفحه توزیع شده‌اند.

به بیان ساده‌تر، یک صحنه درون آنریل انجین 5 بر پایه‌ی مثلث (چند ضلعی) به پیکسل رندر می‌شود و کاربر تنها مواردی را که لازم است، مشاهده می‌کند. این موضوع شاید در نگاه اول ساده به نظر برسد اما در واقع حاصل تلاش سه ساله‌ی تیم فنی اپیک گیمز، یا به طور مشخص‌تر، مدیر فنی بخش گرافیک، آقای Brian Karis است. آنریل انجین 5 حداقل در نسل بعدی کنسول‌ها، درباره درک مفهوم موتور مایکرو پالیگان (Micro Polygon) است و با این که دموی منتشر شده به صورت خاص برروی کنسول پلی استیشن 5 اجرا شده، اما در واقع این موتور به مانند نسخه‌های قبلی خود، برای تمام پلتفرم‌ها و با طیف وسیعی در دسترس است. تیم سویینی اضافه می‌کند:

ویژگی‌های کلیدی که ما آن‌ها را معرفی می‌کنیم، برروی تمام پلتفرم‌های نسل بعدی کار می‌کند. ما مقایسه‌های عملکرد (Performance) نداریم و نمی‌توانیم مقایسه‌های عملکرد را به اشتراک بگذاریم اما می‌توانید برای استفاده از این ویژگی روی سخت افزار نسل بعد، حساب کنید. به صورت خاص، منظور ویژگی پالیگان‌های هندسی مایکرو با فناوری Nanite و سیستم نورپردازی ریل تایم global illumination با استفاده از فناوری Lumen است.

موتور آنریل انجین 5 برای اولین بار در اوایل سال 2021 به صورت عمومی منتشر می‌شود و در واقع در همان قدم اول، بازی محبوب این روزهای اپیک گیمز، یعنی Fortnite قرار است تبدیل کننده‌ی نسل آنریل 4 به نسل آنریل 5 باشد. البته بد نیست اشاره کنیم که برخلاف آنریل انجین 4، موتور Unreal Engine 5 یک بُرش و تغییر اساسی را نسبت به نسخه‌های قدیمی‌تر موتور آنریل ایجاد نمی‌کند بلکه بسیاری از اهداف سیستمی آن به مانند موتور آنریل 4 است. این بدان معنی است که شما می‌توانید برای ساخت بازی برای گوشی‌های موبایل (پلتفرم‌های اندروید و iOS) و حتی کنسول‌های نسل فعلی، مانند نینتندو سوییچ (Nintendo Switch)، از آنریل 5 استفاده کنید. البته واضح است که روی پلتفرم‌هایی که توان پردازشی کمتری نسبت به کنسول‌های نسل بعدی دارند، امکان مشاهده‌ی جلوه‌های بصری شگفت انگیز و کیفیت فوق‌العاده نیست و باید نسبت به آن سخت افزارها، بهینه شود. تیم سویینی در ادامه صحبت‌های خود می‌گوید:

برای ایجاد سازگاری با پلتفرم‌های قدیمی‌تر، ما یک پروسه محتوای نسل بعدی داریم که شما می‌توانید با استفاده از آن، Assetهای خود را بسازید یا آن‌‌ها را با حداکثر کیفیت وارد کنید؛ همان سطح جزئیاتی که در سطح فیلم است و به صورت مستقیم با سخت افزار کنسول‌های نسل بعدی اجرا می‌شود. [پس از آن]، موتور نقاط انعطاف پذیر و مقیاس پذیری بیشتری را برای محتوای شما فراهم می‌کند تا بتوانید آن را روی هر چیزی اجرا نمایید؛ حتی روی دستگاه‌های iOS و اندرویدی که متعلق به چند سال پیش هستند. بنابراین شما محتوا را می‌سازید و آن را روی هر جایی که می‌خواهید، منتشر می‌کنید اما سطح کیفیت گرافیکی دریافتی، متفاوت خواهد بود.

به نظر می‌رسد که اپیک تاکید زیادی روی اجرا شدن موتور آنریل انجین 5 روی تمام پلتفرم‌ها دارد، اما زمانی که مشاهده می‌کنیم دموی اجرا شده روی کنسول پلی استیشن 5 با این کیفیت و سطح بصری اجرا می‌شود، ذهن‌مان به سراغ قابلیت‌‌ها و مشخصات سخت افزاری این کنسول می‌رود. سونی تا به حال به همه نشان داده که با حافظه SSD و راهکارهای خود، می‌تواند پهنای باند بسیار بالایی را ایجاد نماید. یا در طرف دیگر، مایکروسافت DirectX 12 Ultimate را دارد که نحوه استفاده از فضای ذخیره سازی یا Storage را به صورت کلی تغییر داده است. با این حال، به نظر می‌رسد که آنریل انجین 5 حداقل با این دمو، خیلی روی این موارد و نقاط قوت کنسول‌های نسل بعد، حساب نکرده است. اپیک تایید کرده که سیستم‌های شیدر نسل بعدی در آنریل انجین 5 استفاده شده اما این موارد زمانی استفاده می‌شوند که شتاب دهنده‌ی سخت افزاری، نتایج سریع‌تری را به دنبال داشته باشد. تیم سویینی این گونه توضیح می‌دهد:

برای رندر کردن این سطح از جزئیات، به یک سری اجرا نیاز است. اولین فاکتور، عملکرد و معماری پردازنده گرافیکی (GPU) است تا بتواند مدل‌ها و اشکال هندسی را به مقدار شکفت انگیزی رسم کند. تعداد ترافلاپ بسیار زیادی برای دستیابی به این هدف نیاز است. فاکتور دوم، توانایی بارگذاری کردن و استریم کردن آن به صورت مؤثر است. یکی از بزرگترین اقدامات و تلاش‌هایی که در توسعه آنریل انجین 5 انجام شده و ادامه دارد، بهینه‌سازی فضای ذخیره سازی (Storage) کنسول‌های نسل بعدی است تا بارگذاری‌ها و لودینگ‌ها چند برابر سریع‌ شوند. نه فقط یک مقدار سریع‌تر، بلکه خیلی سریع‌تر، تا شما بتوانید این مدل هندسی را نمایش دهید. با این حال، تمام این موارد در مموری جای نمی‌گیرد و باید از معماری‌های SSD کنسول‌های نسل بعدی و دیگر موارد استفاده شود… سونی در این زمینه با معماری پلی استیشن 5 پیشتاز است. [این کنسول] یک سیستم ذخیره سازی بسیار بالا رده دارد که فاصله بسیار زیادی با فضاهای ذخیره سازی رایانه‌های شخصی، حتی رایانه‌های High End با NVMe به وجود می‌آورد و عملکرد شگفت انگیزی را دریافت خواهید کرد.

اما شاید موردی که بسیاری از افراد اهل فن و دوست‌داران سخت افزار را هیجان‌زده کرده باشد، نوآوری REYES شرکت اپیک گیمز با موتور Unreal Engine 5 است. در دموی موتور آنریل انجین 5 مشاهده کردیم که دورنماها یا Draw Distanceهای بسیار وسیع و بزرگی نمایش داده شدند و همچنین با حرکت بالای دوربین نیز شاهد پدیده‌ی Pop in یا مواردی شبیه به آن نبودیم. همه چیز به نظر یکپارچه و بسیار ثابت به نظر می‌رسید و می‌خواهیم بدانیم که راز دستیابی به چنین سطح از کیفیت و کم نقصی چیست؟ آقای نیک پنواردن به این سوال پاسخ می‌دهد:

من فکر می‌کنم راز قضیه این جا است که فناوری Nanite در هدف دارد تا یک مثلث (چند ضلعی) را به ازای هر پیکسل، به طرز مؤثر رندر کند؛ بنابراین زمانی که به این سطح از جزئیات می‌رسیم، ترتیب ادامه‌دار تغییرات در LOD (سطح جزئیات) غیر قابل مشاهده است.

تیم سویینی در ادامه صحبت‌های پنواردن می‌گوید:

این همان ایده‌ی رندر کردن هر چیزی است که چشم شما می‌بیند. به اندازه‌ای رندر کنیم که اگر مقدار بیشتری از آن رندر کردیم، شما نتوانید تفاوت را مشاهده کنید. پس از آن نیز با تغییر دادن میزان و سطح جزئیات رندر، شما نباید تفاوت را تشخیص بدهید.

این توضیحاتی که تیم اپیک گیمز ارائه کردند، معنی و مفهوم موتور Micro Polygon را می‌رساند. هزینه راه انداختن این سیستم، حداقل در زمینه منابع GPU، بالا است اما به نظر می‌رسد که با توان پردازشی و سخت افزاری کنسول‌های نسل بعدی، بتوان به این هدف دست پیدا کرد. این که سازندگان می‌گویند رندر کردن هر چند ضلعی به هر فریم وابسته است، بدین معنی است که عملکرد به شدت وابسته‌ و نزدیک به میزان رزولوشن کار خواهد کرد. پنواردن در این خصوص توضیح می‌دهد:

نکته جالب این‌جاست که این [سیستم] با تکنیک رزولوشن داینامیک (پویا) ما نیز به خوبی کار می‌کند. بنابراین زمانی که بار GPU بالا می‌رود، ما می‌توانیم رزولوشن اجرایی را کمی پایین بیاوریم و با این کار می‌توانیم خود را با شرایط سازگار کنیم. در این دمو نیز در واقع ما از رزولوشن داینامیک استفاده کردیم اما در بیشتر اوقات، با رزولوشن 1440p یا نزدیکی آن رندر می شود.

پنواردن همچنین تایید می‌کند که سیستم ذخیره‌ی موقت یا temporal accumulation که برای اولین بار در موتور آنریل انجین 4 از آن استفاده شد و جزئیات را از فریم‌های قبلی برای بالا بردن رزولوشن فریم فعلی آماده می‌کرد، درون موتور آنریل انجین 5 نیز وجود دارد و حتی درون دمو نیز از آن استفاده شده است. Kim Libreri درباره این موضوع توضیح می‌دهد:

ذخیره‌ی موقت (Temporal accumulation) چیزی بیش از یک Anti Aliasing موقت یا TAA است. این موضوع تاثیر بسیاری در قادر سازی ما به زیبا کردن موارد تا این حد دارد. این سیستم global illumination بدون دانش و فهم Temporal یا موقت، روی هر سخت افزاری غیر ممکن است. ما هم‌اکنون تلاش خود را برای فهم این که موارد موقتی چگونه می‌توانند به ما کمک کنند، بیشتر کرده‌ایم و به دلیل داشتن اجزای موقت، سطح کیفیت به شدت بهبود پیدا کرده است. این گونه است که ما به رندرینگ فیلم گونه، نزدیک می‌شویم. بدون این نمونه‌ها، سیستم global illumination حتی نزدیک به چیزی که هم‌اکنون به نظر می‌رسد نیز نبود.

جالب است بدانید که Libreri به عنوان یک دریافت‌کننده و برنده جایزه‌ در صنعت فیلم و سینما شناخته می‌شود و قطعا تجربیات این فرد می‌تواند به تیم فنی اپیک گیمز کمک به‌سزایی کند. او به طور کلی درباره یک فضای کار جهانی که اجازه می‌دهد Assetها با کیفیت همسان در تمام فضاها استفاده شوند، مشتاق و علاقه مند است. او در ادامه صحبت‌های خود می‌گوید:

بسیاری از این موارد از این حقیقت ناشی می‌شوند که ما دو سوژه داریم. ما افرادی را داریم که با استفاده از آنریل انجین 4 بازی موبایل می‌سازند و افراد دیگری وجود دارند که با استفاده از آنریل انجین 4، Mandalorian می‌سازند و ما در حال کار هستیم تا یک راه یکپارچه برای کار همه در نظر بگیریم. وقت و زمان مردم باید صرفِ خلق بازی‌های شگفت انگیز و گیم‌پلی عالی شود و آن‌ها الزما نباید برای ساختن Assetها وارد جزئیات خسته‌کننده شوند. ما این روش‌ها و تکنیک‌های قدیمی را در یک دهه‌ی گذشته استفاده کرده‌ایم و این موارد برای تولید محیط‌های شما [در بازی] ضروری و لازم بودند.

برای ثابت کردن این موضوع باید به سراغ دموی نمایش داده شده از موتور آنریل انجین 5 برویم که سازندگان در آن بیشتر از Assetهای با کیفیت کتابخانه‌ی Quixel Megascans استفاده کرده بودند که بافت‌هایی با کیفیت 8K داشتند. Liberi در ادامه این چنین توضیح می‌دهد:

مدرک ما برای اثبات این قضیه، محیط‌هایی است که در این دمو نمایش داده می‌شود… نیمی از تیم محیط (environment) ما از اعضای استاندارد و با تجربه‌ی اپیک بودند و نیمی دیگر، افراد جدیدی درون شرکت محسوب می‌شدند. این افراد از صنعت فیلم آمده بودند و با این موتور به سرعت و راحت سازگار شدند چرا که آن‌ها محدودیت و مانع ساختن و خلق کردن نقشه‌های معمولی و Meshهای با رزولوشن پایین را نداشتند… بنابراین تفاوت بسیار بزرگی در توان عملیاتی ما به وجود آمد.

این قدرت و توان اپیک گیمز برای ساختن یک موتور گرافیکی رایگان و همه جانبه برای ساخت و خلق کردن بازی‌های ویدیویی است. جزئیات بی نظیر در کنار نورپردازی دقیق و واقع گرایانه، با فیزیک‌های دوباره تعریف شده و سیستم جدید انیمیشن و حتی سیستم‌های جدید صوتی ترکیب شده‌اند تا یک بسته کامل را برای هر بازی‌سازی روی هر پلتفرمی به وجود بیاورند. با این که یک جهش بزرگ و فوق‌العاده را در زمینه بصری مشاهده کردیم، اما جالب اینجاست که اپیک همچنان می‌خواهد کار را برای سازندگان و توسعه دهندگان بازی‌های ویدیویی، ساده‌تر سازد. حتی برای کسانی که بر سر کوچ کردن از آنریل انجین 4 به آنریل انجین 5 نگران هستند، باید بگوییم که اپیک برای این موضوع نیز تدبیر خوبی در سر دارد. تیم سویینی درباره این موضوع چنین توضیح می‌دهد:

ما هم‌اکنون روی آنریل انجین 4.25 هستیم که بیست و پنجمین سری آن محسوب می‌شود. برای به‌روز رسانی و ارتقا به آنریل انجین 5، هزینه و پیچیدگی کار برای توسعه‌دهندگان مانند این است که چند آپدیت و به‌روز رسانی ساده را به مانند گذشته انجام دهند که بیشتر سازندگان در هر چند ماه یک‌بار، این کار را انجام می‌دهند. ما می‌خواهیم جامعه را به سرعت با خود همراه کنیم تا در چند سال آینده، افرادی وجود نداشته باشند که همچنان با ویژگی‌های قدیمی نسل قبلی کار کنند.

قطعا مشاهده دموی نمایش داده شده توسط اپیک گیمز، همه صحبت‌های تیم سازنده و فنی این استودیو را بر سر موتور آنریل انجین 5 برایمان تداعی می‌کند و به آن‌ها واقعیت می‌بخشد. پس از نمایش هفته‌ گذشته مایکروسافت که حدود 30 دقیقه به طول انجامید و چند بازی ترد پارتی کنسول ایکس‌ باکس سری ایکس را مشاهده کردیم، افراد بسیاری از مشاهده گرافیک و جلوه‌های بصری این عناوین ناامید شده بودند و آن‌ها را شبیه به گرافیک و جلوه‌های بصری بازی‌های نسل حاضر می‌دانستند اما به نظر می‌رسد که هنوز از نسل آینده و قابلیت‌های فنی و بصری (یا حتی صوتی آن، با موتور Tempest و قابلیت‌های صوتی پلی استیشن 5)، جیزی ندیده و نشنیده‌ایم و هنوز برای قضاوت نهایی زود است. معرفی موتور آنریل انجین 5 به خوبی این موضوع را به ما ثابت کرد. در نظر بگیرید که این دمو، شامل تکنیک و فناوری Ray Tracing نمی‌شد و وجود‌ آن به صورت Real Time، چقدر می‌توانست جلوه‌های بصری را بهبود ببخشد. البته که سیستم Global Illuminitaion موتور آنریل انجین 5، به نظر دقت و شبیه سازی بسیار واقع گرایانه‌ای دارد و شاید بتواند در مواقعی پاسخ قابلیت‌های بصری Ray Tracing را نیز بدهد!

با تمام این تفاسیر، با معرفی موتور Unreal Engine 5 در شب گذشته، شخصا این سوال برایم به وجود آمد که کنسول‌های نسل هشتم (حتی کنسول‌های میان نسلی)، هنوز نتوانسته‌اند تمام پتانسیل‌های موتور آنریل انجین 4 را به ما نشان دهند و به عنوان مثال، در بازی‌هایی مانند Star Wars Jedi Fallen Order مشاهده می‌کنیم که کنسول‌های این نسل (مخصوصا کنسول‌های پایه) در اجرا کردن این بازی حتی با رزولوشن‌های استاندارد، با مشکلاتی مواجه می‌شوند. همین تفکر باعث می‌شود بگوییم که شاید بهتر باشد ابتدا پتانسیل‌های موتور آنریل انجین 4 را با کنسول‌های نسل بعدی پلی استیشن 5 و ایکس‌باکس سری ایکس‌ مشاهده کنیم و پس از آن به سراغ آنریل انجین 5 برویم. با این حال، با توجه به صحبت‌های تیم فنی اپیک گیمز، به نظر می‌رسد که استفاده از آنریل 5 بسیار راحت تر از نسخه‌های گذشته‌ی این موتور محبوب و مشهور است و امکانات بیشتری که دارد، استفاده از آن را برای تمامی افراد بهبود می‌بخشد. بنابراین می‌توانیم امید داشته باشیم که با استفاده از موتور آنریل انجین 5 در نسل بعدی، شاهد بازی‌های بزرگ و کوچک بسیاری با جلوه‌های گرافیکی و بصری زیبا، چشم‌نواز و موارد فنی استاندارد‌آفرین و الهام‌بخش خواهیم بود.