Depth of Field در بازی چیست؟

در اکثر بازی‌ها Depth of Field (عمق میدان) مفهومی است که به چگونگی دیده‌شدن صحنه‌ها توسط بازیکن اشاره دارد. بسیاری از افراد با شنیدن این واژه، بلافاصله به محو بودن پس‌زمینه فکر می‌کنند؛ اما این فقط بخش کوچکی از ماجراست. برای درک بهتر Depth of Field در بازی و نحوه شبیه‌سازی آن در بازی‌ها، ابتدا نگاهی به دو مفهوم نحوه ساخت تصویر در بازی‌ها و نقشه‌های عمق (Depth Maps) خواهیم داشت.

با تکاف مگ همراه باشید

تجربه‌ای به عمق Depth of Field

بیایید ابتدا معنای Depth of Field را با مثالی ساده آغاز کنیم. چشم انسان دارای یک سیستم لنزی ثابت است که از طریق تغییر اندازه مردمک، نور را در فواصل مختلف تنظیم می‌کند. وجود دو چشم به ما امکان می‌دهد عمق و فاصله اجسام را درک کنیم. داشتن دو چشم این امکان را به مغز می‌دهد که اطلاعات دریافتی از هر چشم را ترکیب کند. البته حتی با یک چشم هم می‌توان تا حدی این حس‌ها را تجربه کرد.

چشم‌تان را ببندید و با دست درازشده به جلو نگاه کنید. حالا به سرعت بین دست خود و چیزی که پشت آن قرار دارد تمرکز کنید. متوجه می‌شوید که اجسام خارج از نقطه تمرکز شما، کمی تار دیده می‌شوند. این دقیقا همان مفهوم عمق میدان است. هر چه جسم از نقطه فوکوس دورتر باشد، تارتر دیده می‌شود و همین تفاوت وضوح، درک فاصله را ممکن ساخته است.

1- مفهوم ساخت تصویر

در طراحی بازی‌ها، اجسام سه‌بعدی از اجزایی به نام رأس (Vertex)، چندضلعی (Polygon) و بافت (Texture) ساخته می‌شوند. مثلث ساده‌ترین نوع چندضلعی است و استفاده از آن باعث سرعت بیشتر در پردازش می‌شود. هر چه تعداد چندضلعی‌ها بیشتر باشد، جزئیات بیشتر خواهد شد، اما زمان پردازش نیز افزایش می‌یابد.

در فضای سه‌بعدی بازی‌ها، مختصات x، y و z جای اجسام را مشخص می‌کنند. وقتی دو چندضلعی در فاصله‌های مختلف قرار بگیرند، با ترکیب آن‌ها در یک تصویر، دوربین بازی متوجه می‌شود که کدام شی جلوتر و کدام عقب‌تر است. در نتیجه فقط اجسامی که در میدان دید دوربین هستند پردازش می‌شوند. این کار باعث ایجاد عمق مصنوعی در یک تصویر دوبعدی خواهد شد.

2- مفهوم نقشه‌های عمق (Depth Maps)

تا اینجا دانستیم که چطور با لایه‌بندی، تصویری دوبعدی را به شکلی سه‌بعدی نمایش می‌دهیم. اما اگر تنها به این روش بسنده کنیم، نتیجه نهایی تصویری به هم ریخته خواهد بود. برای حل این مشکل، بازی‌ها از چیزی به نام Depth Maps استفاده می‌کنند.

نقشه عمق یک تصویر غیرقابل مشاهده است. این نقشه فقط از طیف‌های سیاه تا سفید تشکیل شده است. اجسام نزدیک به رنگ سفید، و اجسام دور به رنگ مشکی و مابقی در طیف خاکستری قرار دارند. این نقشه به موتور‌های بازی سازی کمک می‌کند که موقعیت دقیق هر جسم را در صحنه تشخیص دهند. با استفاده از این اطلاعات، دوربین بازی روی بخش‌هایی از تصویر تمرکز کرده و مابقی را تار می‌کند.

مثلث Focus ،Blur و Depth of Field

Focus یعنی وضوح و دقت یک بخش از تصویر. چه دوربین بازی باشد یا خود بازیکن، توجه همیشه روی نقطه‌ای مشخص متمرکز می‌شود. اما برای واقعی‌تر شدن صحنه، فقط تمرکز کافی نیست. باید تاری (Blur) نیز به درستی پیاده‌سازی شود. با پیشرفت‌هایی در موتورهای قدرتمند مانند Unreal Engine 4 و 5، تکنیک Blur با دقت و سرعت بسیار بهتری اجرا می‌شود.

چند تکنیک که روی تاری تصویر تأثیر دارند عبارت‌اند از:

• حذف دندانه‌دار شدن تصویر (Anti-Aliasing)
• میدان دید (Field of View)
• درخشش نوری (Bloom)
• مقیاس‌گذاری وضوح تصویر (Resolution Scaling)

ترکیب همه مفاهیم؛ شبیه‌سازی دنیای واقعی در بازی

حالا می‌دانیم عمق میدان چطور در بازی‌ها ایجاد می‌شود. نقش Depth Maps چیست و Blur چگونه به آن معنا می‌بخشد. این ترکیب، باعث می‌شود یک تصویر دوبعدی، حالتی سه‌بعدی و واقعی به خود بگیرد.

اما وقتی صحبت از بازی کردن واقعی می‌شود، قضیه پیچیده‌تر است. در هر ثانیه، میلیون‌ها عملیات انجام می‌شود تا تصویر نهایی با کیفیت مناسب، نرخ فریم بالا (مثلاً ۶۰ فریم در ثانیه) و بدون افت عملکرد به چشمان شما برسد. انجام این حجم از پردازش، چیزی است که نقش کارت گرافیک (GPU) را نسبت به پردازنده اصلی (CPU) پررنگ می‌کند.

کدام توسعه‌دندگان از Depth of Field استفاده می‌کنند؟

برخی توسعه‌دهندگان، مثل تیم سازنده بازی Cyberpunk 2077 و CD Projekt Red، جسارت استفاده از این فناوری‌های پیشرفته را داشته‌اند. در نهایت نتیجه‌ به کار بردن این فناوری‌ها از جمله Depth of Field بسیار خیره‌کننده بوده است. اما همچنان بسیاری یا نمی‌خواهند یا توان استفاده از این فناوری‌ها را ندارند. با ورود هوش مصنوعی، انتظار می‌رود فرآیندهای مرتبط با عمق میدان سریع‌تر، دقیق‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر از همیشه در دنیای بازی‌های ویدویی ظاهر شوند.

آینده Depth of Field؛ از تکنولوژی تا خلاقیت

پیشرفت‌های آینده نه‌تنها به تکنولوژی بستگی دارند، بلکه به سازندگانی که از آن بهره می‌برند هم وابسته‌اند. تکنیک‌های جدیدی مثل ردیابی پرتو (Ray Tracing)، مسیر‌یابی نور (Path Tracing)، فناوری‌های هوشمند مثل DLSS یا FSR، نورپردازی سراسری و سایه‌های پویا همه به بهبود کیفیت Depth of Field کمک کرده‌اند.