Nếu bạn chơi trò chơi điện tử hoặc chưa quen với việc phát triển trò chơi và muốn tìm hiểu thêm về các công nghệ mới nhất giúp mang lại cảm giác chân thực hơn cho đồ họa trò chơi. Hướng dẫn nhanh này sẽ giải thích Ray Tracing là gì và phân cấp khối lượng giới hạn là gì.
Bạn có bao giờ tự hỏi làm thế nào một số trò chơi điện tử và phim lại có đồ họa cực kỳ chân thực và ấn tượng đến vậy không? Nếu có, bạn sẽ rất vui khi biết rằng “Dò tia” thường đứng đằng sau những hình ảnh sống động như thật một cách ấn tượng này. Là một thành phần quan trọng của đồ họa máy tính hiện đại, hiểu về dò tia có thể cung cấp cái nhìn sâu sắc hấp dẫn về quá trình đằng sau những hình ảnh ấn tượng này trong quá trình phát triển phim và trò chơi.
dò tia là gì
Về bản chất, đó là một kỹ thuật kết xuất được sử dụng trong đồ họa máy tính để mô phỏng cách ánh sáng tương tác với các vật thể ảo trong một cảnh. Kỹ thuật này bắt chước hành vi của ánh sáng trong thế giới thực để tạo ra bóng, phản xạ và khúc xạ trông cực kỳ chân thực. Bây giờ, nếu bạn hỏi: “Nhưng chính xác thì làm thế nào nó đạt được những hiệu ứng thực tế này?” thì bạn đã đến đúng nơi. Đây là một lời giải thích đơn giản:
- Tia đúc: Ray Tracing bắt đầu bằng cách truyền (hoặc dò) các tia sáng từ máy ảnh ảo vào cảnh 3D.
- Tương tác với các đối tượng: Mỗi tia tương tác với các vật thể trong cảnh và kết quả của sự tương tác này quyết định màu sắc và độ sáng của từng pixel trong ảnh.
- Mô phỏng hành vi ánh sáng: Ray Tracing mô phỏng chính xác cách ánh sáng bật ra khỏi vật thể (phản xạ), truyền qua các vật liệu trong suốt (khúc xạ) và bị các bề mặt hấp thụ để tạo bóng.
Hãy nhớ rằng đây là lời giải thích đơn giản nhưng nó cung cấp cho bạn hiểu biết cơ bản về dò tia.
Phân cấp khối lượng giới hạn và dò tia
Hệ thống phân cấp khối lượng giới hạn (BVH) và Truy tìm tia luôn song hành với nhau. Cả hai đều là công cụ tạo ra đồ họa tuyệt đẹp, sống động như thật trong thế giới kỹ thuật số ngày nay. Phân cấp khối lượng giới hạn là cấu trúc dữ liệu cơ bản trong đồ họa máy tính, được sử dụng rộng rãi trong Ray Tracing.
Nhưng, chính xác thì chúng là gì? BVH về cơ bản là một cấu trúc cây trên một tập hợp các đối tượng hình học. Tất cả các đối tượng hình học được bao bọc trong các khối giới hạn, tạo thành các lá (nút cuối) của cây. Hãy xem video dưới đây để biết tổng quan về BVH.
Sau đó, các khối giới hạn này được ghép nối và khối lượng giới hạn nhỏ nhất có thể chứa các cặp này sẽ được tính toán. Quá trình này được lặp lại một cách đệ quy, ghép nối các khối giới hạn cho đến khi cuối cùng chúng ta đến được gốc của cây, nơi chứa mọi đối tượng trong một khối giới hạn lớn.
Ý tưởng đằng sau cấu trúc này là nhóm các đối tượng lân cận lại với nhau, từ đó tạo ra một hệ thống phân cấp các khối giới hạn – do đó có tên như vậy.
Tia sáng giao nhau
Trong Ray Tracing, chúng ta thường cần xác định đối tượng mà tia sáng giao nhau trong một cảnh. Với khả năng có hàng triệu đối tượng hiện diện, việc kiểm tra từng đối tượng riêng lẻ sẽ cực kỳ kém hiệu quả. Đây là nơi BVH có ích. Cấu trúc BVH cho phép chúng tôi giảm đáng kể số lượng thử nghiệm giao nhau mà một tia phải thực hiện.
Nói một cách đơn giản, nếu một tia không giao nhau với thể tích giới hạn của một nhánh cụ thể trong hệ thống phân cấp, chúng ta có thể bỏ qua tất cả các đối tượng bên trong nhánh đó một cách an toàn. Việc tối ưu hóa này làm giảm đáng kể số lượng thử nghiệm giao lộ và do đó đẩy nhanh quá trình dò tia.
BVH là một khía cạnh quan trọng của phương pháp dò tia thời gian thực. Hiệu quả mà chúng mang lại cho quá trình kiểm tra giao lộ là yếu tố then chốt trong việc triển khai Ray Tracing trên thực tế trong trò chơi điện tử và các ứng dụng thời gian thực khác.
Tại sao nó lại quan trọng?
Câu trả lời nằm ở khả năng nâng cao tính chân thực về hình ảnh trong đồ họa máy tính. Bằng cách mô phỏng chính xác ánh sáng, Ray Tracing cho phép tạo ra đồ họa trông gần với thực tế nhất có thể.
Nếu bạn muốn nâng cao hiểu biết của mình, những lợi ích chính sau đây của Ray Tracing:
- Đồ họa quang học: Như đã đề cập, Ray Tracing có thể tạo ra đồ họa chân thực đến kinh ngạc. Điều này đặc biệt có lợi cho trò chơi điện tử và phim, tăng cường sự đắm chìm cho người chơi và người xem.
- Cải thiện hiệu ứng ánh sáng: Ray Tracing giúp tạo ra ánh sáng chân thực hơn, bao gồm cả bóng và phản chiếu. Điều này có thể tạo ra sự khác biệt đáng kể về chất lượng hiển thị hình ảnh của cảnh.
- Hình ảnh chi tiết hơn: Cuối cùng, Ray Tracing góp phần tăng độ chi tiết và chiều sâu cho đồ họa. Từ hiệu ứng ánh sáng tinh tế đến bóng tối phức tạp, công nghệ này rất quan trọng để biến những cảnh ảo trở nên sống động.
Mặc dù Ray Tracing rất ấn tượng nhưng điều quan trọng cần lưu ý là nó đi kèm với nhiều thách thức. Cái chính là nó yêu cầu phần cứng mạnh mẽ. Quá trình theo dõi nhiều tia sáng và tính toán tương tác của chúng với các vật thể ảo đòi hỏi tính toán chuyên sâu, nghĩa là nó có thể đặt ra yêu cầu cao đối với bộ xử lý đồ họa (GPU) của máy tính.
Phần cứng hiệu suất cao
Nếu bạn là một game thủ đam mê hoặc một nhà thiết kế đồ họa chuyên nghiệp, việc đầu tư vào GPU hiệu suất cao để tận dụng Ray Tracing có vẻ là một sự đánh đổi xứng đáng. Tuy nhiên, đối với người dùng bình thường, lợi ích có thể không phải lúc nào cũng lớn hơn chi phí. Điều cần thiết là phải đánh giá nhu cầu và nguồn lực cụ thể của bạn trước khi quyết định nâng cấp phần cứng.
Điều hướng lĩnh vực đồ họa máy tính tiên tiến và vai trò của các công nghệ như Ray Tracing có thể là một nỗ lực phức tạp. Kỹ thuật kết xuất này thực sự là nền tảng của đồ họa siêu thực và ấn tượng về mặt hình ảnh ngày nay trong trò chơi và phim. Bất chấp nhu cầu về phần cứng, Ray Tracing vẫn tiếp tục phát triển và cải tiến, nâng cao trải nghiệm hình ảnh của người dùng trên toàn thế giới.
Nếu bạn quan tâm đến việc tìm hiểu thêm về Phân cấp khối lượng giới hạn cho dò tia nhảy qua bài viết của Daniel Meister một kỹ sư phần mềm cao cấp tại AMD Japan Co. Ltd. quan tâm nghiên cứu về Cấu trúc dữ liệu để dò tia, dò tia thời gian thực, chiếu sáng toàn cầu, điện toán song song, GPGPU và học máy để kết xuất.
Tuyên bố từ chối trách nhiệm: Một số bài viết của chúng tôi bao gồm các liên kết liên kết. Nếu bạn mua thứ gì đó thông qua một trong những liên kết này, APS Blog có thể kiếm được hoa hồng liên kết. Tìm hiểu về Chính sách tiết lộ của chúng tôi.
