Nếu bạn đã lấy ngay cả những tin tức về đồ họa và trò chơi nhỏ nhất gần đây, thì bạn đã nghe thấy từ thông dụng mới nhất và hấp dẫn nhất: theo dõi tia. Bạn cũng có thể đã nghe thấy một từ có âm thanh tương tự được gọi là theo dõi đường dẫn. Và bạn có thể hoàn toàn tha thứ vì không hiểu đầy đủ một trong hai quy trình là gì.
Một lời giải thích đơn giản là cả việc dò tìm và dò tia đều là các kỹ thuật đồ họa dẫn đến việc nhìn thực tế hơn với chi phí đáng kể hơn khả năng tính toán. Có một video aMinecraft trên YouTube cho thấy các khía cạnh cụ thể của raytracing 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 đào sâu và tìm hiểu từng kỹ thuật hoạt động như thế nào và tại sao các công ty phần cứng GPU đang tính một khoản tiền nhỏ cho việc dò tìm 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 đều không bắt đầu như hình ảnh đó. Nó bắt đầu như một raster hoặc một hình ảnh vector. Một hình ảnh raster bao gồm một tập hợp các pixel được tô bóng.
Một hình ảnh vector dựa trên các công thức toán học có nghĩa là hình ảnh có thể được tăng kích thước gần như vô thời hạn. Nhược điểm của hình ảnh vector là chi tiết chính xác hơn rất khó đạt được. Hình ảnh vector được sử dụng tốt nhất khi chỉ cần một vài màu sắc.
Sức mạnh chính của rasterization là tốc độ của nó, đặc biệt là so với các kỹ thuật như dò tia. GPU, đơn vị xử lý cực khoái của bạn, sẽ cho trò chơi tạo một hình ảnh 3D từ các hình nhỏ, thường là hình tam giác. Các hình tam giác này được biến thành các pixel riêng lẻ và sau đó đặt qua một shader để tạo hình ảnh bạn nhìn thấy trên màn hình.
Rasterization đã trở thành tùy chọn chuyển sang đồ họa trò chơi trong một thời gian dài do có thể xử lý nhanh như thế nào, nhưng công nghệ hiện tại bắt đầu vượt qua giới hạn của nó. cấp độ. Đó là nơi mà raytracing xuất hiện.
Truy tìm tia trông có vẻ thực tế hơn nhiều so với quá trình phóng xạ, như hình ảnh dưới đây minh họa. Nhìn vào các phản xạ trên nồi thetea và muỗng.
Ray Trace là gì?
Ở cấp độ bề mặt, phương pháp dò tia là thuật ngữ anum giác có nghĩa là tất cả mọi thứ từ một giao điểm duy nhất của ánh sáng andobject đến hoàn toàn quang học. Tuy nhiên, trong bối cảnh phổ biến nhất được sử dụng ngày nay, phương pháp dò tia đề cập đến một kỹ thuật kết xuất đi theo chùm ánh sáng (tính bằng pixel) từ một điểm đặt và mô phỏng cách nó phản ứng khi chạm vào vật thể.
Hãy dành một chút thời gian và nhìn vào bức tường của bạn đang ở. Có một nguồn sáng trên tường, hay ánh sáng được phản chiếu từ bức tường từ một nguồn khác? Đồ họa theo dõi Ray sẽ bắt đầu từ mắt bạn và theo dõi đường ngắm của bạn vào tường, rồi đi theo con đường ánh sáng từBức tường trở lại nguồn sáng.
Sơ đồ trên minh họa cách thức những công việc này. Lý do cho việc mô phỏng các con mắt tinh ranh (máy ảnh trong chương trình này) là để giảm tải cho GPU.
Tại sao? Chà, ray ray là một thương hiệu mới. Nó thực sự đã được khoảng một thời gian. Pixar sử dụng các kỹ thuật dò tia để tạo ra nhiều bộ phim của mình, nhưng độ trung thực cao, đồ họa theo từng khung hình ở độ phân giải mà Pixar đạt được cần có thời gian.
Rất nhiềuthời gian. Một số khung hình trong Monsters Universitymất 29 giờ mỗi báo cáo. Toy Story 3mất trung bình 7 giờ cho mỗi khung hình, với một số khung hình mất 39 giờ theo câu chuyện năm 2010 từ Wired.
Vì phim minh họa ánh sáng phản chiếu từ mọi bề mặt để tạo ra phong cách đồ họa mà mọi người đều biết và yêu thích, nên khối lượng công việc 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 khiến cho bộ xử lý đồ họa của bạn bị hỏng (theo nghĩa đen).
Hãy xem hình ảnh bên dưới.
Đó không phải là một bức ảnh, mặc dù nó trông như thế nào. Nó là một hình ảnh tia ray. Hãy thử tưởng tượng cần bao nhiêu năng lượng để tạo ra một hình ảnh trông như thế này. Một tia có thể được theo dõi và xử lý mà không gặp nhiều rắc rối, nhưng còn khi tia đó bật ra khỏi một vật thể thì sao?
Một tia đơn có thể biến thành 10 tia và 10 tia đó có thể biến thành 100, v.v. Sự gia tăng là theo cấp số nhân. Sau một thời điểm, bị trả lại và phản xạ vượt ra ngoài hiển thị bậc ba và bậc bốn giảm dần. Nói cách khác, chúng đòi hỏi nhiều sức mạnh hơn để tính toán và hiển thị so với giá trị. Để hiển thị hình ảnh, một giới hạn phải được rút ra ở đâu đó.
Bây giờ hãy tưởng tượng làm 30 đến 60 lần thứ ba. Đó là lượng năng lượng cần thiết để sử dụng các kỹ thuật dò tia. Nó chắc chắn rất ấn tượng phải không?
Khả năng đạt được của card đồ họa có khả năng dò tia sẽ tăng lên theo thời gian và cuối cùng, kỹ thuật này sẽ có sẵn như đồ họa 3D. Tuy nhiên, hiện tại, việc dò tia vẫn được coi là tiên tiến của đồ họa máy tính. Vậy làm thế nào để tìm đường đi vào hoạt động?
Truy tìm đường dẫn là gì?
Truy tìm đường dẫn là một loại theo dõi tia. Những điều đó xảy ra dưới chiếc ô đó, nhưng trong đó việc dò tia ban đầu được lý thuyết hóa vào năm1968, việc dò tìm đường không xuất hiện trong bối cảnh cho đến năm 1986 (và kết quả là không đáng kể như bây giờ.)
Hãy nhớ rằng sự gia tăng theo cấp số nhân của tia sáng sớm hơn? Truy tìm đường dẫn cung cấp một giải pháp cho điều đó. Khi sử dụng pathtracing để kết xuất, các tia chỉ tạo ra một tia trên mỗi lần nảy. Các tia không đi theo một đường được thiết lập cho mỗi lần nảy mà thay vào đó là bắn ra theo hướng ngẫu nhiên.
Thuật toán theo dõi đường dẫn sau đó 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 ánh sáng khác nhau, nhưng đặc biệt là chiếu sáng toàn cầu.
Một điều thú vị về theo dõi đường dẫn là hiệu ứng có thể được mô phỏng thông qua việc sử dụng các shader. Một shader đã được vá gần đây cho một trình giả lập Nintendo Switch, cho phép người chơi mô tả đường dẫn chiếu sáng toàn cầu trong các tựa game như The Legend of Zelda: Breath of the Wildvà Super Mario Odyssey.While hiệu ứng trông rất đẹp, chúng không hoàn chỉnh như theo dõi đường dẫn thực sự.
Theo dõi đường dẫn chỉ là một hình thức raytracing. Mặc dù nó được ca ngợi là cách tốt nhất để hiển thị hình ảnh, theo dõi đường dẫn với sai sót của chính nó.
Nhưng cuối cùng, cả việc dò đường và dò tia đều cho kết quả hình ảnh tuyệt đẹp. Giờ đây, phần cứng trong các máy cấp độ người tiêu dùng đã đạt đến điểm có thể dò tia trong thời gian thực trong trò chơi điện tử, ngành công nghiệp đã sẵn sàng tạo ra một bước đột phá mà gần như ấn tượng như bước chuyển từ đồ họa 2D sang 3D.
Tuy nhiên, vẫn sẽ mất ít nhất vài năm trước khi phần cứng cần thiết sẽ được coi là giá cả phải chăng. Hiện tại, ngay cả các card đồ họa cần thiết cũng có giá trên 1.000 đô la.