Rasterization là gì và sự khác biệt của nó với phương pháp dò tia

Sau khi phát hành sắp tới các card đồ họa Nvidia RTX mới. Chúng tôi muốn viết một bài viết về rasterization là gì và sự khác biệt của nó với Ray Trace. Sẵn sàng để biết mọi thứ bạn cần biết về công nghệ này? Hãy bắt đầu nào!

Sự khác biệt rasterization và Ray Trace là gì

Đồ họa PC thời gian thực từ lâu đã sử dụng một kỹ thuật gọi là "rasterization" để hiển thị các vật thể ba chiều trên màn hình hai chiều. Đây là một kỹ thuật nhanh chóng và kết quả đã trở nên rất tốt trong vài năm qua, mặc dù nó không tốt như phương pháp dò tia có thể làm.

Với kỹ thuật raster, các đối tượng bạn nhìn thấy trên màn hình được tạo từ một lưới các hình tam giác ảo hoặc đa giác, tạo ra các mô hình ba chiều của các đối tượng. Trong lưới ảo này, các góc của mỗi tam giác, được gọi là các đỉnh, giao nhau với các đỉnh của các tam giác khác có kích thước và hình dạng khác nhau. Do đó, rất nhiều thông tin được liên kết với từng đỉnh, bao gồm cả vị trí của nó trong không gian, cũng như thông tin về màu sắc, kết cấu và "bình thường" của nó, được sử dụng để xác định bề mặt của một vật thể..

Sau đó, máy tính chuyển đổi hình tam giác của mô hình 3D thành pixel hoặc điểm trên màn hình 2D. Mỗi pixel có thể được gán một giá trị màu ban đầu từ dữ liệu được lưu trữ tại các đỉnh của tam giác. Xử lý pixel bổ sung hoặc "đổ bóng", bao gồm thay đổi màu pixel dựa trên cách ánh sáng trong cảnh chiếu vào pixel và áp dụng một hoặc nhiều họa tiết cho pixel, kết hợp để tạo ra màu cuối cùng được áp dụng cho một pixel.

Chúng tôi tóm tắt các hướng dẫn phần cứng tốt nhất mà bạn nên quan tâm:

• Bộ xử lý tốt nhất trên thị trường Bo mạch chủ tốt nhất trên thị trường RAM tốt nhất trên thị trường Thẻ đồ họa tốt nhất trên thị trường Ổ SSD tốt nhất trên thị trường

Đây là tính toán chuyên sâu, vì có thể có hàng triệu đa giác được sử dụng cho tất cả các mô hình đối tượng trong một cảnh và khoảng 8 triệu pixel trên màn hình 4K. Đối với tất cả điều này, chúng ta phải thêm rằng mỗi hình ảnh được hiển thị trên màn hình thường cập nhật 30 đến 90 lần mỗi giây. Ngoài ra, bộ đệm, không gian tạm thời được đặt sang một bên để tăng tốc mọi thứ, được sử dụng để hiển thị các khung trước khi chúng được hiển thị trên màn hình.

Một độ sâu hoặc bộ đệm z của bộ dữ liệu cũng được sử dụng để lưu trữ thông tin độ sâu pixel để đảm bảo rằng các đối tượng phía trước tại vị trí xy của màn hình pixel được hiển thị và các đối tượng phía sau đối tượng phía trước nhất vẫn bị ẩn. Đây là lý do tại sao các trò chơi máy tính hiện đại và giàu đồ họa dựa vào GPU mạnh mẽ, có khả năng tính toán hàng triệu lần mỗi giây.

Ray Trace hoạt động theo một cách hoàn toàn khác. Trong thế giới thực, các vật thể 3D mà chúng ta nhìn thấy được chiếu sáng bởi các nguồn sáng và các photon tạo ra ánh sáng có thể bật từ vật này sang vật khác trước khi chạm vào mắt người xem. Ngoài ra, ánh sáng có thể bị chặn bởi một số đối tượng, tạo bóng hoặc ánh sáng có thể bị phản xạ từ vật này sang vật khác, như khi chúng ta nhìn thấy hình ảnh của một vật thể phản chiếu trên bề mặt của vật thể khác. Chúng ta cũng có các khúc xạ, gây ra sự thay đổi tốc độ và hướng ánh sáng khi nó đi qua các vật thể trong suốt hoặc bán trong suốt, như thủy tinh hoặc nước.

Ray Trace tái tạo các hiệu ứng này, đây là một kỹ thuật lần đầu tiên được mô tả bởi Arthur Appel của IBM, vào năm 1969. Kỹ thuật này theo dõi đường đi của ánh sáng đi qua từng pixel trên bề mặt xem 2D và biến nó thành mô hình 3D của cảnh. Bước đột phá lớn tiếp theo đến một thập kỷ sau đó trong một bài báo năm 1979 có tựa đề "Mô hình chiếu sáng được cải thiện cho màn hình bóng mờ ", Turner Whited, hiện là thành viên của Nvidia Research, đã chỉ ra cách chụp phản xạ, bóng và khúc xạ với Tia truy tìm.

Với kỹ thuật Whited, khi sét đánh vào một vật thể trong cảnh, màu sắc và thông tin chiếu sáng tại điểm tác động lên bề mặt của vật thể góp phần tạo ra màu pixel và mức độ chiếu sáng. Nếu chùm tia nảy hoặc truyền qua bề mặt của các vật thể khác nhau trước khi tiếp cận nguồn sáng, màu sắc và thông tin ánh sáng từ tất cả các vật thể đó có thể đóng góp vào màu sắc cuối cùng của pixel.

CHÚNG TÔI KIẾN NGHỊ BẠN Cách cài đặt Ubuntu Tweak trong Ubuntu 16.04

Một cặp tài liệu khác vào những năm 1980 đã đặt phần còn lại của nền tảng trí tuệ cho cuộc cách mạng đồ họa máy tính, đã đảo ngược cách thức làm phim. Năm 1984 Robert Cook, Thomas Porter và Loren Carpenter của Lucasfilm đã trình bày chi tiết về cách Ray Trace có thể kết hợp các kỹ thuật điện ảnh phổ biến khác nhau như làm mờ chuyển động, độ sâu trường ảnh, nửa sáng, mờ và phản xạ mờ mà cho đến lúc đó, chỉ chúng có thể được tạo ra bằng máy ảnh. Hai năm sau, công trình của giáo sư CalTech Jim Kajiya, "Phương trình kết xuất", đã hoàn thành công việc lập bản đồ cách đồ họa máy tính được tạo ra cho vật lý để thể hiện tốt hơn cách phân tán ánh sáng. trong một cảnh

Kết hợp tất cả các nghiên cứu này với GPU hiện đại, kết quả là hình ảnh do máy tính tạo ra để chụp bóng, phản xạ và khúc xạ theo cách có thể phân biệt được với ảnh hoặc video trong thế giới thực. Chủ nghĩa hiện thực đó là lý do tại sao Ray Trace đã đến để chinh phục điện ảnh hiện đại. Hình ảnh sau đây do Enrico Cerica tạo ra bằng OctaneRender, cho thấy sự biến dạng của các nét thủy tinh trong đèn, ánh sáng khuếch tán trong cửa sổ và kính mờ trong đèn lồng trên sàn phản chiếu trong hình ảnh khung.

Ray Trace là một kỹ thuật cực kỳ đòi hỏi năng lượng, đó là lý do tại sao các nhà làm phim dựa vào số lượng lớn máy chủ hoặc trang trại để tạo cảnh của họ trong một quá trình có thể mất nhiều ngày, thậm chí vài tuần để tạo ra các hiệu ứng đặc biệt phức tạp. Không còn nghi ngờ gì nữa, nhiều yếu tố góp phần vào chất lượng tổng thể của đồ họa và hiệu suất dò tia. Trên thực tế, vì phương pháp dò tia rất mạnh về mặt tính toán, nó thường được sử dụng để thể hiện các khu vực hoặc vật thể đó trong một cảnh có lợi nhất từ ​​chất lượng hình ảnh và tính chân thực của kỹ thuật, trong khi phần còn lại của cảnh nó được xử lý bằng cách sử dụng rasterization.

Bạn nghĩ gì về bài viết của chúng tôi về rasterization là gì? Bạn có thấy nó thú vị không? Chúng tôi mong nhận được ý kiến ​​của bạn!