Nếu gần đây bạn chỉ nhìn thoáng qua về tin tức game và đồ họa^{(gaming and graphics news)} , thì bạn đã nghe thấy từ thông dụng mới nhất và hay nhất: dò tia^{(ray tracing)} . Bạn cũng có thể đã nghe thấy một từ có âm thanh tương tự được gọi là dò đường^{(path tracing)} . Và bạn hoàn toàn có thể được tha thứ vì không hiểu đầy đủ một trong hai quy trình là gì.

Một lời giải thích đơn giản là cả dò đường và dò tia^{(ray tracing)} đều là các kỹ thuật đồ họa tạo ra hình ảnh trông thực tế hơn với chi phí của sức mạnh tính toán cao hơn đáng kể. Có một video Minecraft^{(Minecraft video)} trên YouTube thể hiện các khía cạnh cụ thể của việc dò tia một cách rõ ràng, nhưng cũng minh họa sự căng thẳng mà nó gây ra cho một hệ thống.

Nếu đó là lời giải thích duy nhất bạn cần, thật tuyệt! Nhưng nếu bạn muốn tìm hiểu sâu và tìm hiểu cách thức hoạt động của từng kỹ thuật và lý do tại sao các công ty phần cứng GPU^{(GPU hardware)} lại tính một khoản tiền nhỏ cho các thẻ có khả năng dò tia, hãy đọc tiếp.

Rasterization và đồ họa máy tính

Bất kỳ hình ảnh nào bạn thấy được hiển thị trên màn hình máy tính^{(computer screen)} không bắt đầu như hình ảnh đó. Nó bắt đầu dưới dạng một raster hoặc một hình ảnh vectơ^{(vector image)} . Một hình ảnh raster^{(raster image)} bao gồm một tập hợp các pixel bóng mờ.

Hình ảnh vectơ^{(vector image)} dựa trên các công thức toán học có nghĩa là hình ảnh có thể được tăng kích thước gần như vô hạn. Nhược điểm của ảnh vector^{(vector image)} s là khó đạt được các chi tiết chính xác hơn. Hình ảnh vectơ^(Vector) được sử dụng tốt nhất khi chỉ cần một vài màu sắc.

Điểm mạnh chính của rasterization là tốc độ của nó, đặc biệt là so với các kỹ thuật như dò tia. GPU hoặc đơn vị xử lý đồ họa của bạn sẽ yêu cầu trò chơi tạo hình ảnh 3D từ các hình dạng nhỏ, thường là hình tam giác. Những hình tam giác này được biến thành các pixel riêng lẻ và sau đó được đưa qua một bộ đổ bóng để tạo ra hình ảnh mà bạn nhìn thấy trên màn hình.

Rasterization đã là lựa chọn hàng đầu cho đồ họa trò chơi điện tử trong một thời gian dài do tốc độ xử lý của nó, nhưng khi công nghệ hiện tại bắt đầu đi ngược lại giới hạn của nó, cần có nhiều kỹ thuật tiên tiến hơn để đạt được cấp độ tiếp theo. Đó là nơi xuất hiện tính năng dò tia.

Theo dõi tia^(Ray) trông thực tế hơn nhiều so với quá trình rasterization, như hình ảnh bên dưới minh họa. Nhìn vào hình ảnh phản chiếu trên ấm trà^{(tea pot)} và thìa.

Ray Tracing là gì?

Ở cấp độ bề mặt^{(surface level)} , dò tia^{(ray tracing)} là một thuật ngữ ô có nghĩa là tất cả mọi thứ từ một giao điểm duy nhất của ánh sáng và vật thể cho đến chủ nghĩa quang thực hoàn chỉnh. Tuy nhiên, trong ngữ cảnh phổ biến nhất được sử dụng ngày nay, dò tia^{(ray tracing)} đề cập đến một kỹ thuật kết xuất^{(rendering technique)} theo sau một chùm ánh sáng (tính bằng pixel) từ một điểm đặt^{(set point)} và mô phỏng cách nó phản ứng khi gặp các đối tượng.

Hãy dành một chút thời gian và nhìn^{(moment and look)} vào bức tường của căn phòng mà bạn đang ở. Có nguồn sáng trên tường hay ánh sáng bị phản xạ khỏi tường từ một nguồn khác? Đồ họa theo dấu tia^(Ray) sẽ bắt đầu từ mắt bạn và theo đường nhìn của bạn đến bức tường, sau đó đi theo đường ánh sáng từ bức tường trở lại nguồn sáng.

Sơ đồ trên minh họa cách thức hoạt động của điều này. Lý do cho “đôi mắt” mô phỏng (máy ảnh trong sơ đồ này) là để giảm tải cho GPU .

Tại sao? Chà, dò tìm tia không phải là một thương hiệu mới^{(t brand-new)} . Nó thực sự đã tồn tại được một thời gian. Pixar sử dụng kỹ thuật dò tia để tạo ra nhiều bộ phim của mình, nhưng đồ họa từng khung hình, độ trung thực cao ở độ phân giải mà Pixar đạt được cần có thời gian.

Rất nhiều^{(A lot)} thời gian. Một số khung hình trong Monsters University mất 29 giờ mỗi khung hình. Toy Story 3 mất trung bình 7 giờ mỗi khung hình, với một số khung hình mất 39 giờ theo một câu chuyện năm 2010 của Wired.

Bởi vì bộ phim minh họa sự phản chiếu của ánh sáng từ mọi bề mặt để tạo ra phong cách đồ họa mà mọi người^{(style everyone)} đều biết đến và yêu thích, nên khối lượng công việc^{(work load)} gần như không thể tưởng tượng được. Bằng cách giới hạn kỹ thuật dò tia ở những gì mắt thường có thể nhìn thấy, các trò chơi có thể sử dụng kỹ thuật này mà không khiến bộ xử lý đồ họa của bạn gặp sự cố (theo nghĩa đen).

Hãy nhìn vào hình ảnh bên dưới.

Đó không phải là một bức ảnh, mặc dù nó trông thật như thế nào. Đó là một hình ảnh theo dõi tia. Hãy thử tưởng tượng cần bao nhiêu điện năng để tạo ra một hình ảnh như thế này. Một tia có thể được truy tìm và xử lý mà không gặp nhiều khó khăn, nhưng khi tia đó bật ra khỏi một vật thể thì sao?

Một tia duy nhất có thể biến thành 10 tia, và 10 tia đó có thể biến thành 100, v.v. Mức tăng là cấp số nhân. Sau một điểm, số lần trả lại và phản xạ ngoài màn hình hiển thị bậc ba và bậc bốn giảm dần. Nói cách khác, chúng đòi hỏi nhiều sức mạnh để tính toán và hiển thị hơn giá trị của chúng. Để hiển thị một hình ảnh, một giới hạn phải được vẽ ra ở đâu đó.  

Bây giờ hãy tưởng tượng làm điều đó từ 30 đến 60 lần mỗi giây. Đó là lượng điện năng cần thiết để sử dụng kỹ thuật dò tia trong trò chơi. Nó chắc chắn rất ấn tượng, phải không?

Khả năng tương thích của các cạc đồ họa có khả năng dò tia^{(ray tracing)} sẽ tăng lên theo thời gian và cuối cùng kỹ thuật này sẽ trở nên sẵn có như đồ họa 3D. Tuy nhiên, hiện tại, dò tia^{(ray tracing)} vẫn được coi là công nghệ tiên tiến của đồ họa máy tính. Vì vậy, làm thế nào để truy tìm đường dẫn phát huy tác dụng?

Truy tìm đường dẫn là gì?

Theo dõi đường dẫn^{(Path tracing)} là một loại dò tia^{(ray tracing)} . Nó nằm dưới cái ô đó, nhưng nơi mà dò tia^{(ray tracing)} ban đầu được đưa ra lý thuyết vào năm 1968, việc dò tìm đường đi đã không xuất hiện cho đến năm 1986 (và kết quả không ấn tượng như bây giờ).

Hãy nhớ sự tăng lên theo cấp số nhân của các tia đã đề cập trước đó? Theo dõi đường dẫn^(Path) cung cấp một giải pháp cho điều đó. Khi sử dụng tính năng dò đường để kết xuất, các tia chỉ tạo ra một tia duy nhất cho mỗi lần bị trả lại. Các tia không theo một đường định sẵn^{(set line)} cho mỗi lần dội lại, mà bắn ra theo một hướng ngẫu nhiên.

Thuật toán dò đường sau đó sẽ lấy mẫu ngẫu nhiên của tất cả các tia để tạo ra hình ảnh cuối cùng. Điều này dẫn đến việc lấy mẫu nhiều loại chiếu sáng khác nhau, nhưng đặc biệt là chiếu sáng toàn cầu.

Một điều thú vị về tính năng dò đường^{(path tracing)} là hiệu ứng có thể được mô phỏng thông qua việc sử dụng các bộ đổ bóng. Một bản vá đổ bóng^{(shader patch)} đã xuất hiện gần đây cho trình giả lập Nintendo Switch^{(Nintendo Switch emulator)} cho phép người chơi mô phỏng ánh sáng toàn cầu theo dấu vết trong các tựa game như The Legend of Zelda: Breath of the Wild và Super Mario Odyssey. Mặc dù các hiệu ứng trông đẹp mắt, nhưng chúng không hoàn chỉnh như dò đường^{(path tracing)} thực sự .

Theo dõi đường đi^{(Path tracing)} chỉ là một hình thức dò tia. Mặc dù nó được ca ngợi là cách tốt nhất để hiển thị hình ảnh, nhưng tính năng dò đường đi kèm với những sai sót của riêng nó.

Nhưng cuối cùng, cả dò đường và dò tia^{(path tracing and ray)} đều cho ra những hình ảnh đẹp hoàn toàn. Giờ đây, phần cứng của các máy dành cho người tiêu dùng đã đạt đến mức có thể theo dõi tia^{(ray tracing)} trong thời gian thực trong trò chơi điện tử, ngành công nghiệp này đã sẵn sàng tạo ra một bước đột phá gần như ấn tượng như bước chuyển từ đồ họa 2D sang 3D.

Tuy nhiên, sẽ vẫn còn một thời gian — ít nhất là vài năm — trước khi phần cứng cần thiết được coi là “giá cả phải chăng”. Hiện tại, ngay cả những card đồ họa cần thiết cũng có giá trên 1.000 USD.

What is Path Tracing and Ray Tracing? And Why do They Improve Graphics?

If you’ve taken even the slightest glance towards gaming and graphics news lately, then you’ve heard the latеst and greatest buzzword: ray tracing. Υou might also have heard a similar-ѕoυnding wоrd called path tracing. And you could be totally forgiven for not fully understanding what either one of thе prоcesses is.

A simple explanation is that both path tracing and ray tracing are graphical techniques that result in more realistic-looking images at the cost of significantly more computational power. There is a Minecraft video on YouTube that demonstrates the particular aspects of ray tracing in a clear way, but also illustrates the stress it puts on a system.

If that’s the only explanation you need, great! But if you want to dig deep and find out how each technique works and why GPU hardware companies are charging a small fortune for ray tracing-capable cards, read on.

Rasterization and Computer Graphics

Any image you see displayed on a computer screen did not start out as that image. It begins as either a raster or a vector image. A raster image is composed of a collection of shaded pixels.

A vector image is based on mathematical formulas that mean the image can be increased in size almost indefinitely. The downside of vector images is that more precise details are difficult to achieve. Vector images are best used when only a few colors are needed.

The main strength of rasterization is its speed, especially in comparison to techniques like ray tracing. Your GPU, or graphics processing unit, will tell the game to create a 3D image out of small shapes, most often triangles. These triangles are turned into individual pixels and then put through a shader to create the image you see on screen.

Rasterization has been the go-to option for video game graphics for a long time due to how quickly it can be processed, but as current technology begins to bump against its limits more advanced techniques are needed ot break through to the next level. That’s where ray tracing comes in.

Ray tracing looks far more realistic than rasterization, as the image below illustrates. Look at the reflections on the tea pot and the spoon.

What is Ray Tracing?

At the surface level, ray tracing is an umbrella term that means everything from a single intersection of light and object to complete photorealism. In the most common context used today, however, ray tracing refers to a rendering technique that follows a beam of light (in pixels) from a set point and simulates how it reacts when it encounters objects.

Take a moment and look at the wall of the room you’re in. Is there a light source on the wall, or is light reflected off the wall from another source? Ray traced graphics would start at your eye and follow your line of sight to the wall, and then follow the path of light from the wall back to the light source.

The diagram above illustrates how this works. The reason for the simulated “eyes” (the camera in this diagram) is to lessen the load on the GPU.

Why? Well, ray tracing isn’t brand-new. It’s actually been around for quite some time. Pixar uses ray tracing techniques to create many of its movies, but high-fidelity, frame-by-frame graphics at the resolutions Pixar achieves take time.

A lot of time. Some frames in Monsters University took a reported 29 hours each. Toy Story 3 took an average of 7 hours per frame, with some frames taking 39 hours according to a 2010 story from Wired.

Because the film illustrates the reflection of light from every surface to create the graphical style everyone has come to know and love, the work load is almost unimaginable. By limiting ray tracing techniques to only what the eye can see, games can utilize the technique without causing your graphics processor to have a (literal) meltdown.

Take a look at the image below.

That’s not a photograph, despite how real it looks. It’s a ray-traced image. Try to imagine how much power is required to create an image that looks like this. One ray can be traced and processed without much trouble, but what about when that ray bounces off an object?

A single ray can turn into 10 rays, and those 10 can turn into 100, and so on. The increase is exponential. After a point, bounces and reflections beyond tertiary and quaternary display diminishing returns. In other words, they require far more power to calculate and display than they are worth. For the sake of rendering an image, a limit has to be drawn somewhere.  

Now imagine doing that 30 to 60 times per second. That is the amount of power required to use ray tracing techniques in games. It’s certainly impressive, right?

The attainability of graphics cards capable of ray tracing will go up as time goes on, and eventually this technique will become as readily available as 3D graphics. For now, though, ray tracing is still considered the cutting-edge of computer graphics. So how does path tracing come into play?

What is Path Tracing?

Path tracing is a type of ray tracing. It falls under that umbrella, but where ray tracing was originally theorized in 1968, path tracing didn’t come onto the scene until 1986 (and the results were not as dramatic as those now.)

Remember the exponential increase in rays mentioned earlier? Path tracing provides a solution to that. When using path tracing for rendering, the rays only produce a single ray per bounce. The rays do not follow a set line per bounce, but rather shoot off in a random direction.

The path tracing algorithm then takes a random sampling of all of the rays to create the final image. This results in sampling a variety of different types of lighting, but especially global illumination.

An interesting thing about path tracing is that the effect can be emulated through the use of shaders. A shader patch appeared recently for a Nintendo Switch emulator that allowed players to emulate path traced global illumination in titles like The Legend of Zelda: Breath of the Wild and Super Mario Odyssey. While the effects look nice, they aren’t as complete as true path tracing.

Path tracing is just one form of ray tracing. While it was hailed as the best way to render images, path tracing comes with its own flaws.

But in the end, both path tracing and ray tracing result in absolutely beautiful images. Now that the hardware in consumer-grade machines has reached a point that ray tracing is possible in real-time in video games, the industry stands poised to make a breakthrough that’s almost as impressive as the step from 2D to 3D graphics.

However, it will still be some time—several years at least—before the necessary hardware will be considered “affordable.” As of now, even the necessary graphics cards cost well over $1,000.

Related posts

• Cách lật văn bản trên đường dẫn trong Illustrator

• 3 cách để Hãy Photo or Video trên Chromebook

• Cách Detect Computer & Email Monitoring hoặc Spying Software

• Flat Panel Display Technology Demystified: TN, IPS, VA, OLED trở lên

• Cách bật hoặc tắt Caps Lock trên Chromebook

• Làm thế nào để sửa chữa một Steam “Pending giao dịch” Lỗi

• Cách Search Facebook Friends bằng Location, Job hoặc School

• Làm thế nào để cast để Roku TV từ PC or Mobile

• Cách hoàn tiền Game trên Steam

• Những gì Do BCC and CC Mean? Hiểu Basic Email Lingo

• Cách làm Spotify Louder and Sound Better

• 10 Best Ways lên Child Proof Your Computer

• OLED vs MICROLED: Bạn có nên đợi?

• Cách thay đổi ngôn ngữ trên Netflix

• Cách hủy kích hoạt Facebook Account thay vì xóa nó

• Làm thế nào để tìm các máy chủ bất hòa tốt nhất

• Computer Randomly Turn của bạn có tự mình không?

• Làm thế nào để Kiểm tra Your Hard Drive cho lỗi

• Cách Fix Hulu Error Code RUNUNK13

• 8 Ways để có thêm tín dụng trên Alible