RTX NVIDIA cùng với Ray Tracing đã mang đến những bước đột phá, đem lại những trải nghiệm tốt hơn cho các game thủ. Vậy công nghệ Ray Tracing là gì? Nó hoạt động như thế nào? Các tựa game hỗ trợ Ray Tracing và làm thế nào để bật công nghệ này, hãy cùng bài viết tìm hiểu nhé.

Ray Tracing là gì?

Ray Tracing (dò tia) là kỹ thuật tạo ra một hình ảnh bằng cách dò đường đi của ánh sáng thông qua các điểm ảnh trên một mặt phẳng ảnh và mô phỏng hiệu ứng của nó khi tương tác với các vật ảo xung quanh. Ray có nghĩa là tia sáng, còn Tracing có nghĩa là dò theo, đuổi theo.

Nói cách khác, Ray Tracing theo dõi các ánh sáng được hấp thụ, phản chiếu, tán xạ và phân tán bởi từng đối tượng trong môi trường, và nó không chỉ áp dụng với một luồng sáng từ mặt trời mà với mọi nguồn sáng khác nhau.

Với mỗi nguồn sáng khác nhau trong game như mặt trời, đèn điện, tia lửa, ngày đêm, góc khuất,… Card đồ họa sẽ nhận biết chúng và tạo ra các hiệu ứng phản chiếu phức tạp khác nhau lên các đối tượng, vật thể xung quanh. Đây cũng là công nghệ tự động, dùng chính phần cứng (card màn hình rời) để xử lý.

Ray Tracing hoạt động như thế nào?

Ray tracing tạo ra hình ảnh chân thực bằng cách mô phỏng cách ánh sáng tương tác với các đối tượng và nguồn sáng trong cảnh.

• Phát Tia (Ray Casting): Tại mỗi điểm trên màn hình, một tia sáng (ray) được phát ra từ camera (hoặc mắt của người xem) và đi qua điểm đó. Tia này được gọi là tia xem.
• Tìm Giao Điểm (Intersection Testing): Tia xem sau đó được kiểm tra để xem nó gặp gỡ đối tượng nào trong cảnh. Điểm gặp gỡ này được gọi là điểm giao.
• Tính Bóng (Shadow Calculation): Tại điểm giao, một tia ánh sáng (shadow ray) được phát ra hướng về nguồn sáng để xác định xem điểm đó có nằm trong bóng tối hay không.
• Tính Phản xạ và Lăng kính (Reflection and Refraction Calculation): Nếu bề mặt tại điểm giao có tính phản xạ hoặc trong suốt, tia phản xạ và/hoặc tia lăng kính được tính toán và quá trình được lặp lại.
• Tính Màu (Shading): Màu sắc của điểm giao được tính toán dựa trên các thuộc tính của bề mặt (như màu, độ bóng), nguồn sáng, và tia sáng (bao gồm tia xem, tia phản xạ, tia lăng kính, và tia ánh sáng).
• Kết hợp Màu (Color Combination): Màu sắc từ các tia phản xạ và lăng kính được kết hợp với màu sắc tại điểm giao để tạo ra màu cuối cùng cho điểm đó trên màn hình.
• Lặp lại cho Mọi Điểm (Repeat for Every Pixel): Quá trình trên được lặp lại cho mỗi điểm trên màn hình để tạo ra hình ảnh cuối cùng.
• Tối Ưu và Hiệu Suất (Optimization and Performance): Do ray tracing đòi hỏi nhiều tính toán, các thuật toán tối ưu hóa thường được sử dụng để giảm thiểu thời gian tính toán và tăng hiệu suất.

Những điểm nổi bật của Ray Tracing

Phản chiếu (Ray tracing – Reflection)

Thông thường, hình ảnh phản chiếu trên các bức tường, gương, vũng nước, cửa sổ trong game là các hình đồ họa 2D được vẽ sẵn, tạo ra ảo giác về phản chiếu chứ không thật sự thay đổi theo môi trường bên ngoài.

Khi Ray Tracing Reflection được áp dụng, các nhân RT sẽ dò theo tia sáng phát ra từ nguồn sáng đánh lên các bề mặt vật liệu mà qua đó được tính toán để các nhân CUDA tạo ra các hình ảnh phản chiếu theo thời gian thực, nhờ đó mà hình ảnh phản chiếu trên các bề mặt vật liệu hay vũng nước đều là hình ảnh chuyển động khớp với môi trường bên ngoài chứ không đơn thuần là các hình ảnh 2D được dán lên trên bề mặt.

Đổ bóng (Ray traced shadows)

Một hình vẽ 2D màu tối bán trong suốt được dựng và xuất hiện trên bề mặt cần đổ bóng song song với chuyển động của các vật thể trong khung cảnh. Tuy nhiên, với những khu vực có quá nhiều nguồn sáng hay ánh sáng động dạng lập lòe như trên các bó đuốc thì cái bóng lại bị trơ, đem lại cảm giác thiếu chân thực cho người chơi.

Khi Ray traced shadows được áp dụng, các nhân RT Cores sẽ dò tất cả các nguồn sáng có mặt trong màn chơi để xác định độ che khuất của vật thể so với nguồn sáng để tạo ra phần bóng tối của vật thể với độ trong trẻo, màu sắc và hướng tương tác gần như tuân thủ theo các định luật vật lý, tạo ra các hiệu ứng đổ bóng một cách tự nhiên nhất, hơn là các cảnh ban ngày chỉ cố định nguồn sáng từ phía mặt trời.

Chiếu sáng tổng thể (Ray Traced Dlobal Illumination)

Một trong các vấn đề mà các phương pháp dựng hình truyền thống không thể diễn tả được là khả năng chiếu sáng gián tiếp (Indirect Illumination), hay mở rộng ra trên toàn bộ khung cảnh để trở thành khả năng chiếu sáng tổng thể (Global Illumination). 

Với Ray Traced Dlobal Illumination, tính năng này thể hiện khả năng phản xạ ánh sáng của bề mặt vật liệu ra môi trường xung quanh và tạo nên một tổng thể môi trường vô cùng phức tạp. Nó đòi hỏi một lượng phần cứng khổng lồ để xử lý một lượng lớn các tia sáng hoạt động hỗn loạn vừa phản xạ, vừa tán xạ trên khắp các bề mặt trong màn chơi. 

Đổ bóng môi trường (Ray Traced Ambient Occlusion)

Có thể hiểu đơn giản, đây là thuật toán dựng hình mà trong đó, các vật thể được tính toán phơi sáng và che tối riêng biệt tạo nên độ nổi khối cho vật thể.

Với Ray Tracing, các pixel được đổ bóng dựa theo tính toán luồng ánh sáng từ các nhân RT Cores, đem đến cảm giác nổi khối thật hơn, các khu vực đổ bóng tự nhiên hơn khi phô diễn với các luồng sáng động.

Phát xạ ánh sáng (Ray Tracing Emissive Lighting)

Với cách làm truyền thống các hiệu ứng ánh sáng được tạo nên đôi khi trông rất gượng gạo, thiếu sống động, các hiệu ứng chớp lửa chỉ có thể sáng tại chỗ mà không thể phát ra ánh sáng đi ra môi trường xung quanh.

Ray Traced Emissive Lighting giúp giả lập các luồng sáng nhỏ với các cường độ ánh sáng khác nhau và các tác động của nó với môi trường xung quanh. Ánh sáng này sẽ tương tác được với môi trường xung quanh và từ đó tạo nên những hiệu ứng chân thực, ấn tượng.

Nhược điểm của Ray Tracing

Ray tracing, mặc dù tạo ra hình ảnh có độ chân thực và chi tiết cao, nhưng cũng có một số nhược điểm:

• Yêu cầu tính toán Cao: Ray tracing đòi hỏi một lượng lớn tính toán. Đối với mỗi pixel trên màn hình, một hoặc nhiều tia sáng cần được mô phỏng, và mỗi tia có thể tương tác với nhiều đối tượng trong cảnh.
• Thời gian render dài: Do yêu cầu tính toán cao, việc render hình ảnh sử dụng ray tracing thường mất nhiều thời gian, đặc biệt là cho các cảnh phức tạp hoặc khi cần độ phân giải cao.
• Yêu cầu phần cứng mạnh: Để chạy ray tracing trong thời gian thực (như trong trò chơi video), cần có phần cứng đồ họa mạnh mẽ. Các card đồ họa hiện đại mới bắt đầu hỗ trợ ray tracing ở mức độ chấp nhận được.
• Nhiễu (Noise): Trong một số trường hợp, đặc biệt khi sử dụng kỹ thuật như path tracing, hình ảnh có thể xuất hiện nhiễu, yêu cầu các thuật toán denoising để làm mịn.
• Khó khăn trong tối ưu: Mặc dù có nhiều kỹ thuật tối ưu hóa cho ray tracing, việc tìm ra cách tối ưu cho một cảnh cụ thể có thể là một thách thức.
• Giới hạn về tài nguyên: Ray tracing có thể yêu cầu nhiều bộ nhớ và băng thông GPU, đặc biệt khi xử lý các cảnh lớn hoặc sử dụng vật liệu và nguồn sáng phức tạp.
• Khó Khăn trong cài đặt: Đối với những người không quen thuộc, việc cài đặt và điều chỉnh ray tracing để đạt được kết quả mong muốn có thể khá phức tạp.

Cách bật Ray Tracing

Đầu tiên bạn cần kiểm tra xem game có hỗ trợ Ray Tracing hay không bằng cách vào đây để kiểm tra

• Cập nhật driver card đồ họa.



• Khởi động game.



• Đi đến phần Settings -> Graphics Settings để thiết lập đồ họa.





• Bật Ray Tracing.

Những Card đồ họa hỗ trợ Ray Tracing

• Nvidia GeForce RTXseries (RTX 20X0, RTX 30X0, RTX 40X0…)
• Nvidia Quadro RTXseries (Quadro RTX 8000, Quadro RTX 6000, Quadro RTX 5000…)
• Nvidia RTX Aseries (RTX A6000, RTX A5500, RTX A5000, RTX A4000)
• AMD Radeon RX 6000 series (RX 6900, RX 6900 XT, RX 6800, RX 6700 XT, RX 6600 XT)
• AMD Radeon RX 7000 series (RX 7900 XT, RX 7900 XTX…)
• AMD Radeon PRO W6000 series (PRO W6800, PRO W6600…)

Ứng dụng thực tế của Ray Tracing

Ray tracing có nhiều ứng dụng thực tế trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là một số ứng dụng tiêu biểu:

• Trò chơi điện tử: Ray tracing giúp tạo ra ánh sáng, bóng và phản xạ thực tế trong trò chơi, mang lại trải nghiệm chơi game chân thực và sống động hơn.
• Dựng phim và hiệu ứng đồ họa: Trong ngành công nghiệp dựng phim, ray tracing giúp tạo ra hình ảnh chất lượng cao, đặc biệt là trong các cảnh có ánh sáng phức tạp hoặc vật liệu phản xạ như kính, nước và kim loại.
• Thiết kế và mô phỏng: Ray tracing được sử dụng trong việc mô phỏng và thiết kế sản phẩm, như trong ngành công nghiệp ô tô, để xem trước cách ánh sáng tương tác với các bề mặt và vật liệu.
• Kiến trúc và thiết kế nội thất: Ray tracing giúp kiến trúc sư và nhà thiết kế nội thất tạo ra hình ảnh 3D chất lượng cao của các công trình, cho phép họ xem trước cách ánh sáng tự nhiên và nhân tạo tương tác với không gian.
• Y học: Trong lĩnh vực y học, ray tracing có thể được sử dụng để mô phỏng và phân tích sự truyền dẫn ánh sáng trong các mô và cơ quan của cơ thể, giúp nâng cao chất lượng của các hình ảnh y tế.
• Nghiên cứu khoa học: Ray tracing có thể được sử dụng trong nghiên cứu khoa học, chẳng hạn như mô phỏng sự truyền dẫn ánh sáng trong không gian hoặc trong các môi trường phức tạp như đại dương.
• Thiết bị điện tử tiêu dùng: Một số thiết bị, như TV và màn hình máy tính, có thể sử dụng ray tracing để cải thiện chất lượng hình ảnh, đặc biệt là trong việc tái tạo ánh sáng và bóng.
• Giáo dục: Ray tracing có thể được sử dụng như một công cụ giáo dục để giảng dạy về quang học, ánh sáng và bóng, và cách chúng tương tác với vật liệu và môi trường.

Tương lai của Ray Tracing

• Phát triển công nghệ: Ray Tracing đang trở nên phổ biến hơn trong ngành công nghiệp trò chơi và đồ họa máy tính. Các hãng sản xuất phần cứng như NVIDIA và AMD đã giới thiệu các dòng card đồ họa hỗ trợ Ray Tracing, giúp tăng cường chất lượng hình ảnh và hiệu suất trong các ứng dụng và trò chơi.
• Ứng dụng trong trò chơi: Nhiều trò chơi hiện đại đã tích hợp Ray Tracing để tạo ra hiệu ứng ánh sáng, bóng và phản xạ chân thực hơn. Điều này giúp tăng cường trải nghiệm người chơi và tạo ra một môi trường ảo sống động hơn.
• Tăng hiệu suất: Với sự phát triển của phần cứng và phần mềm, Ray Tracing sẽ trở nên nhanh chóng và hiệu quả hơn. Các thuật toán mới và cải tiến sẽ giúp giảm thời gian tính toán và tăng hiệu suất.
• Ứng dụng trong công nghiệp: Ray Tracing không chỉ được sử dụng trong trò chơi và đồ họa máy tính. Nó cũng được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp như mô phỏng, thiết kế sản phẩm và nhiều lĩnh vực khác.
• Hỗ trợ từ cộng đồng phát triển: Cộng đồng phát triển đang tích cực hỗ trợ và phát triển các công cụ và thư viện liên quan đến Ray Tracing, giúp tạo ra một môi trường phát triển mạnh mẽ và linh hoạt.
• Tích hợp với công nghệ khác: Ray Tracing cũng có khả năng được tích hợp với các công nghệ đồ họa khác như rasterization để tạo ra hình ảnh chất lượng cao và hiệu suất tốt.

Các câu hỏi thường gặp

Ray Tracing mang lại gì cho game thủ?

Ray tracing được làm ra để tăng cường hiệu ứng chiếu sáng cho vật thể trong game dựa trên việc mô phỏng cách ánh sáng phản chiếu và khúc xạ trong thế giới thực. Nhờ đó khi nhìn mọi thứ trong game sẽ tạo ra cảm giác chân thực hơn.

Các lợi ích mang lại của Ray Tracing như:

• Hình ảnh, hiệu ứng phản chiếu chân thực hơn đặc biệt là các hiệu ứng phản chiếu ánh sáng 3D trên mọi bề mặt phản chiếu
• Tạo cảm giác sống động, thực tế cho trải nghiệm người dùng nhờ số lượng chi tiết, độ phức tạp cao gấp nhiều lần so với công nghệ cũ.
• Tiết kiệm chi phí sản xuất game, phim ảnh hơn, vì phần cứng đã làm thay thế cho con người và phần mềm từ đó gián tiếp có thể giảm giá để có thể sở hữu game.
• Tiết kiệm tài nguyên môi trường từ các bản đồ game nhờ đó có thể giảm dung lượng khi lưu trữ và cài đặt.
• Nhờ tính năng phản chiếu Ray Tracing có thể giúp các game thủ có thể nhìn thấy kẻ thù thông qua các vật dụng phản chiếu như mặt nước, gương, thủy tinh,…
• Người dùng có thể tạo các bản Mod từ game với màu sắc chuyên nghiệp và chân thật.

Có nên bật Ray Tracing trong game không?

Có, bật ray tracing trong game có thể mang lại trải nghiệm hình ảnh chân thực và sống động hơn. Ray tracing cho phép tính toán chính xác cách ánh sáng tương tác với các vật thể trong môi trường game, tạo ra các hiệu ứng như ánh sáng phản xạ, bóng đổ, ánh sáng xuyên thấu và phản chiếu.

Tuy nhiên, để sử dụng ray tracing, bạn cần một card đồ họa mạnh mẽ và hỗ trợ công nghệ này, vì nó có thể tốn nhiều tài nguyên tính toán.