كيف تخطط NVIDIA لتوليد الإطارات عبر التعريفات

نقاط رئيسية

• تعمل NVIDIA و AMD على تحسين تجربة الألعاب عبر تقنية Frame Generation (توليد الإطارات)، التي تنشئ إطارات إضافية لتوفير سلاسة أكبر في اللعب. تستخدم NVIDIA أساليب معقدة مرتبطة بأجهزة محددة، بينما تعمل تقنية AFMF الأبسط من AMD على مستوى تعريفات التشغيل (Driver-based) دون الحاجة لتدخل مطوري الألعاب.
• ليس من الواضح ما إذا كانت NVIDIA ستعتمد تقنية Frame Generation تعتمد على تعريفات التشغيل مثل AFMF من AMD. تعتمد تقنيتها الحالية بشكل كبير على وحدات معالجة الرسوميات (GPUs) الأحدث وتجمع بين عدة أساليب لجودة أفضل، مما يشير إلى تردد محتمل في تغيير استراتيجياتها.
• كلا الطريقتين تحسنان معدلات الإطارات ولكنهما قد تسببان أخطاء بصرية أو تأخيرًا. تقنية AFMF من AMD أكثر مرونة ولكنها قد تكون أقل دقة، بينما تعطي مقاربة NVIDIA الأولوية للجودة وقد تتطور مع إصدارات GPUs الجديدة.

جميعنا في هذه المرحلة قد سمعنا على الأرجح بالكلمة الطنانة الجديدة في عالم الألعاب، التي يطرحها كل من NVIDIA و AMD، وهي “Frame Generation” (توليد الإطارات). هذه التقنية، التي يصفها النقاد والمؤيدون على حد سواء بأنها مستقبل الألعاب، تحتاج إلى بعض التحسينات قبل أن تصبح الحل “المثالي” لزيادة أدائك.

مع وضع تقنية AFMF من AMD معيارًا جديدًا لأداة توليد إطارات بسيطة تعتمد على “الضغط والتشغيل“، فهل ستتبع NVIDIA خطى AMD وتطبق حلًا عالميًا لتوليد الإطارات يعتمد على تعريفات التشغيل؟ دعونا نكتشف ذلك.

هل ستصنع NVIDIA حلًا لتوليد الإطارات يعتمد على تعريفات التشغيل؟

قبل أن نتحدث عن الموضوع الرئيسي، دعونا نستعرض كيفية عمل تقنيتي Upscaling و Frame Generation وبعض المصطلحات الهامة التي يجب فهمها.

تقنية DLSS هي اختصار لـ Deep Learning Super Sampling وقد قدمتها NVIDIA في عام 2018 كجزء من مجموعة وحدات معالجة الرسوميات (GPUs) من فئة RTX. ببساطة، تقوم DLSS بمسح وجمع البيانات من الإطارات السابقة وتستخدم هذه البيانات لملء البكسلات المفقودة في الإطار الجديد. مع لمسة من AI، تحصل على صورة محسّنة (upscaled) مع أداء معزز.

على النقيض، يمكن لتقنية FSR من AMD أو Fidelity FX Super Resolution العمل على كل معالج رسومي تقريبًا. تستخدم خوارزمية ترقية مكانية خاصة مفتوحة المصدر لترقية دقة اللعبة من دقة أقل إلى دقة أعلى. إنها أكثر قابلية للتطبيق بكثير من DLSS، نظرًا لأنها لا تعتمد على الأجهزة.

بعض المصطلحات الهامة ومقدمة لتوليد الإطارات

مع تشكيلة RTX 40، جاءت تقنية DLSS 3.0 وNVIDIA Frame Generation. ما هو المعنى الدقيق لـ ‘توليد الإطارات’؟ توليد الإطارات، في أبسط صوره، هو إدخال إطار بين إطارين آخرين. تسمى هذه العملية الاستيفاء (Interpolation). لقد كانت هذه تقنية شائعة في أجهزة التلفاز لزيادة معدل الإطارات للمحتوى المعروض ليتناسب مع معدل تحديث التلفاز.

تعمل الترقية (Upscaling) ببساطة على تحسين جودة الصورة وزيادة الأداء. في المقابل، يقوم توليد الإطارات (Frame Generation) أو FG باختصار، بإنشاء إطار جديد بالكامل بين إطارين موجودين، وعرضهما، وتخمين الإطار التالي، كل ذلك مع الحفاظ على زمن استجابة مقبول.

تتطلب هذه التقنية المتقدمة فهم مفهومين أساسيين في هذا المجال: تحليل التدفق البصري (Optical Flow Analysis) ومتجهات الحركة (Motion Vectors). دعنا نستعرضهما واحدًا تلو الآخر:

1) تحليل التدفق البصري (Optical Flow Analysis)

تأخذ هذه التقنية سلسلة من الصور وتقدر كيف ستبدو النسخة التالية من الصورة. يتم هذا التقدير بتحليل سرعة ولون وسطوع الكائنات في الصورة. بدلاً من الحصول على نتيجة واضحة ومحددة، تحصل على مجرد تقدير تقريبي.

لنتخيل كرة تتدحرج على الأرض نحو اليمين. تصل الكرة إلى وجهتها في 5 خطوات منفصلة. بافتراض أن حركتها شبه خطية وفي خط مستقيم، يمكنك تحديد وجهتها النهائية مسبقًا. إذا كنت قد درست الهندسة التحليلية، فلا بد أنك صادفت صيغة النقطتين:

y - y1 = (x-x1)(y2-y1) / (x2-x1)

من نقطتين فقط، يمكننا تحديد معادلة الخط المعطى. بما أن الميل ثابت، فإن التنبؤ بالموضع التالي للصورة/النقطة ليس معقدًا. تجدر الإشارة إلى أن التقنية الفعلية أكثر تعقيدًا بكثير من هذا.

الأهم من ذلك، أن تحليل التدفق البصري (Optical Flow Analysis) لا يتطلب الوصول إلى بيانات محرك اللعبة. يمكن تطبيقه على مستوى برنامج التشغيل (Driver Level)، حيث يقوم برنامج التشغيل باستيفاء (إدراج) الإطارات عن طريق التنبؤ بالحركة على الشاشة. بعبارة بسيطة، لا يتفاعل تحليل التدفق البصري مع محرك اللعبة.

العيب هو أن برنامج التشغيل غير قادر على التمييز بين واجهة المستخدم (UI) والبيئة ثلاثية الأبعاد (3D) الفعلية، لذا قد تظهر تشوهات غير متوقعة. علاوة على ذلك، لن يكون الناتج مصقولًا أبدًا لأنه يستخدم بيانات الإطار الخام.

2) متجهات الحركة في محرك اللعبة

متجهات الحركة هي متجهات اتجاهية تشير إلى إزاحة الكائنات من إطار إلى آخر. إنها مكون أساسي في محرك اللعبة وتمثل تحويل الكائنات وحركتها. هذه طريقة أكثر قوة لتمثيل الحركة من مجرد “تخمين” موضع الكائن.

إذا كنت تتساءل، فإن متجهات الحركة (motion vectors) جزء حيوي من توليد الإطارات (Frame Generation). لكن يتطلب الأمر وجود توافق بين برنامج التشغيل (driver) ومحرك اللعبة (game engine) لمشاركة هذه البيانات. ويتطلب تحقيق هذا التوافق تنفيذًا من مطوري الألعاب.

لذلك، على الرغم من كونها خيارًا متفوقًا على تحليل التدفق البصري (Optical Flow Analysis)، فإن متجهات الحركة محدودة جدًا في نطاقها وقابليتها للتوسع، حيث لن تتوفر هذه الميزة في كل لعبة. إذا كنت ستلعب عنوانًا قديمًا من عقد 2010، فمن المرجح جدًا ألا تكون حلول توليد الإطارات (FG) المدعومة بمتجهات الحركة (مثل DLSS FG و FSR 3 FG) موجودة.

مقارنة بين توليد الإطارات DLSS وتوليد الإطارات FSR

الآن دعنا نرى كيف تتنافس تقنيات توليد الإطارات الحالية من كل من Team Green و Team Red.

↪ NVIDIA:

تستخدم نسخة NVIDIA من توليد الإطارات مزيجًا من متجهات الحركة وتحليل التدفق البصري. يقوم مسرع التدفق البصري (Optical Flow Accelerator) في وحدات معالجة الرسوميات RTX 40 بتحليل إطارين. ثم يحدد المعلومات التي لا تتضمنها متجهات الحركة في اللعبة، مثل الجسيمات والانعكاسات والظلال وما إلى ذلك. في المثال أدناه، يتيح تحليل التدفق البصري تتبع الظل بدقة.

على النقيض، يتتبع جزء متجه الحركة البيئة ثلاثية الأبعاد وهندسة المشهد. في مثال الدراجة نفسه، يمكن لمتجهات الحركة تحديد الموضع المستقبلي الدقيق لراكب الدراجة أو الطريق رياضيًا. ومع ذلك، لا يمكنها تحديد الظل الذي يُستخدم من أجله تحليل التدفق البصري. وبالتالي، يجب أن يعمل الاثنان معًا لإنتاج صورة دقيقة.

• يتطلب دعم مطوري الألعاب
• يستخدم مزيجًا من تحليل التدفق البصري ومتجهات الحركة
• مُقيد بالأجهزة على وحدات معالجة الرسوميات RTX 40
• لا يمكن تنفيذه على مستوى برنامج التشغيل

↪ AMD:

تُعد تقنية توليد الإطارات FSR 3 مشابهة جدًا لتقنية توليد الإطارات DLSS من NVIDIA. وبصرف النظر عن بعض التغييرات في التسمية، تدمج هذه التقنية أيضًا مزيجًا من تحليل التدفق البصري ومتجهات الحركة. ولأسباب واضحة، تتطلب كلتا التقنيتين دعمًا من مطوري الألعاب.

• يتطلب دعم مطوري الألعاب
• يستخدم مزيجًا من تحليل التدفق البصري ومتجهات الحركة
• يمكن تفعيله على وحدات معالجة الرسوميات من سلسلة RX 5000/6000 وRTX 20/30/40
• لا يمكن تنفيذه على مستوى برنامج التشغيل

الحالة الشاذة: AMD Fluid Motion Frames (AFMF)

أقرب ما لدينا إلى أداة توليد الإطارات على مستوى تعريف المشغل هو AMD Fluid Motion Frames. لا يتفاعل AFMF مع اللعبة بأي شكل من الأشكال. إنه يعتمد بشكل بحت على تحليل التدفق البصري، أو التنبؤ بالإطار التالي.

وهذا يسمح له بالعمل مع كل عناوين DirectX 11/12 تقريبًا، حيث لا يتطلب دعمًا برمجيًا. لا يزيد AFMF من معدل الإطارات فعليًا، بل يجعل اللعبة تبدو أكثر سلاسة حيث سترى المزيد من الإطارات على شاشتك.

إذًا، ما هي السلبية؟ حسنًا، AFMF لا يقترب حتى من مطابقة DLSS FG أو FSR FG. علاوة على ذلك، فإن الأخطاء التي تظهر في واجهة المستخدم هي أيضًا شيء يجب على المستخدمين التعامل معه. ومع ذلك، نظرًا لأنه يعمل على مستوى الأجهزة، فهو خيار جيد جدًا إذا كنت مستعدًا للتعامل مع الأخطاء التي قد تحدث.

• لا يتطلب دعم مطوري الألعاب
• يستخدم تحليل التدفق البصري فقط
• يدعم فقط وحدات معالجة الرسوميات RDNA2 أو الأحدث
• يعمل بشكل بحت على مستوى تعريف المشغل

هل سترد NVIDIA على AFMF؟

الإجابة الواضحة هي ‘لا نعرف‘، لأن NVIDIA لم تصدر بعد أي بيان بخصوص مثل هذا الخيار. يؤكد آرون ستاينمان من AMD أن خطوتهم ستدفع NVIDIA لتطوير شيء مشابه لـ AFMF قريبًا.

“أنا فضولي لمعرفة ما إذا كانت NVIDIA تشعر الآن أنها يجب أن تضاهي ما فعلناه في جعل بعض هذه الحلول تعتمد على تعريف المشغل”

آرون ستاينمان، لـ PC Gamer

من المثير للاهتمام أننا لم نرَ نسخة NVIDIA من AFMF، خاصةً بعد أن قيل بفخر إن سلسلة RTX 40 تحتوي على مسرع تدفق بصري أفضل مقارنة بـ Ampere (RTX 30). كان هذا هو السبب الرئيسي وراء إمكانية تفعيل NVIDIA FG (باستخدام التدفق البصري + متجهات الحركة) فقط على Ada Lovelace.

من ناحية أخرى، قد تحتاج NVIDIA إلى تدريب نموذج آخر من الصفر لهذا المشروع، وهو ما يتطلب تكاليف إضافية كبيرة.

↪ هل هي مجدية حقًا؟

توليد الإطارات (Frame Generation) باستخدام كل من تحليل التدفق البصري (Optical Flow Analysis) ومتجهات الحركة (Motion Vectors) ليس خاليًا من العيوب. إن زمن الاستجابة المدخل (input latency) الذي تُحدثه هذه الميزات يجعلها غير جذابة للغاية للاعبين. ومن ناحية أخرى، فإن AFMF القائم على مستوى التعريف (driver-based) ليس أفضل حالًا، حيث يستهلك من معدل الإطارات (FPS) الخاص بك بسبب الاستيفاء (interpolation)، بينما يكون غير متناسق وعرضة للمشكلات البصرية والأخطاء.

السؤال الأفضل هو: ‘ألا ينبغي لـ NVIDIA تحسين DLSS Frame Generation أولاً؟’. بالنظر إلى أن الذكاء الاصطناعي يميل إلى التحسن بمرور الوقت، يجب أن تُحل مشكلة زمن الاستجابة إلى حد كبير. ما لم تكن NVIDIA مقيدة بشكل صارم بنماذج بياناتها، فإن إنشاء حل لتوليد الإطارات (FG) على مستوى التعريف (driver-level) لا ينبغي أن يكون صعبًا، ولكن هل يستحق العناء؟

↪ هل سيكون بلا جدوى؟

افتراضيًا، أين ستستخدم نسخة NVIDIA من AFMF؟ من المحتمل أن تقصر NVIDIA هذه الميزة على وحدات معالجة الرسوميات (GPUs) من فئة RTX 40 أو أعلى، والتي هي بحد ذاتها قوية بما يكفي لتشغيل الألعاب القديمة بمعدلات إطارات ممتازة. غالبًا ما تتضمن الألعاب الأحدث دعم DLSS 3 FG / FSR 3 FG.

تعد وحدات معالجة الرسوميات المحمولة (Mobile GPUs) حالة مختلفة، ولكن النهج القائم على مستوى التعريف (driver-level) سيكون مفيدًا جدًا للبنى القديمة مثل Pascal و Maxwell و Kepler و Fermi. للأسف، لأسباب فنية، سيكون من المستحيل تقريبًا توسيع هذه الميزة لتشمل تلك الوحدات. فهي تفتقر إلى Tensor Cores، وفي الوقت نفسه، لا يمكن لـ CUDA أن تفعل الكثير. حتى AFMF يعمل فقط مع بنى RDNA2 أو الأحدث.

↪ آمال لـ RTX 50 ‘Blackwell’

وفقًا للشائعات، ستظهر سلسلة RTX 50 لأول مرة في الربع الرابع من عام 2024. توقع عددًا كبيرًا من الإعلانات، والتي قد تتضمن أو لا تتضمن حلًا عالميًا لتوليد الإطارات (Frame Generation). على الرغم من القفل المتوقع للأجهزة على سلسلة RTX 40/50، فليس من عادة NVIDIA أن تتخلف في أي مجال. ومع ذلك، هذا مجرد تخمين بحت، ولا توجد شائعات تشير إلى مثل هذه الخطط من NVIDIA.

الخاتمة

بينما شهد الذكاء الاصطناعي (AI) مستويات نمو غير مسبوقة، فإنك تحتاج إلى أجهزة كافية للاستدلال والتسريع بالذكاء الاصطناعي. إذا لم تكن نوى وحدة معالجة الرسوميات (GPU) لديك سريعة بما يكفي، فمن المستحيل ببساطة استيفاء الإطارات في الوقت الفعلي. يمكنك تفريغ هذه المعالجة إلى خادم، ولكن ذلك سيتطلب اشتراكًا وأرقام زمن استجابة سيئة للغاية. من المهم لمصنعي وحدات معالجة الرسوميات (GPU) تحقيق التوازن. ما هي أفكارك حول هذا الموضوع؟ أخبرنا في التعليقات.

الأسئلة الشائعة

ما هو توليد الإطارات القائم على مستوى التعريف (Driver-Based Frame Generation) بكلمات بسيطة؟

بكلمات بسيطة، توليد الإطارات القائم على مستوى التعريف هو حل عالمي لتوليد إطارات داخل الإطارات دون الحاجة إلى دعم من مطوري الألعاب.

إذا تم إطلاقه على الإطلاق، فهل ستقصر NVIDIA حلها لتوليد الإطارات (FG) على مستوى التعريف (driver level) على وحدات معالجة الرسوميات (GPUs) من فئة RTX 40 أو أعلى؟

على الأرجح، نعم. بما أن DLSS 3 FG يتطلب وحدات معالجة رسوميات من سلسلة RTX 40 بسبب “مسرع التدفق البصري” الجديد فيها، فتوقع أن تتطلب الحلول الرسمية المعتمدة على برامج التشغيل متطلبات مماثلة.

هل ستُحدث تشكيلة RTX 50 ثورة في تقنية Frame Generation كما نعرفها؟

لا توجد شائعات مؤكدة بخصوص هذا الأمر. الوقت وحده كفيل بالكشف عن ذلك، خاصة وأن معظمنا لم يكن على دراية بتقنية Frame Generation قبل أن تعلن عنها NVIDIA قبل عامين.