Tìm hiểu về công nghệ Ray Tracing trên RTX 20x series - bước đột phá cho khả năng dựng hình chân thực nhất từ trước đến nay

Tối qua, cùng với việc ra mắt bộ ba card đồ họa mới GeForce RTX 2070, 2080 và 2080Ti, NVIDIA hứa hẹn về khả năng dựng hình mới, ngày càng giống với đời thật hơn. Theo công ty, sức mạnh của GeForce RTX còn lớn hớn cả hệ thống gồm 4 GPU Volta hay 10 chiếc GeForce GTX 1080Ti nhờ vào công nghệ dựng hình Ray Tracing (dựng hình dò tia) của mình.

Vậy chính xác thì công nghệ dựng hình dò tia là gì, và nó khác biệt như thế nào với các công nghệ kiết xuất đồ họa hiện tại? Nói một cách đơn giản, kỹ thuật dò tia sẽ dựng hình sẽ dựa trên hành vi của ánh sáng trong thời gian thực khi nó tương tác với các đối tượng trong khung cảnh.

NVIDIA đã giải quyết hàng loạt vấn đề của công nghệ dò tia bằng kiến trúc đồ họa mới có tên gọi Turing.

Dò tia chỉ là một trong nhiều công nghệ kiết xuất. Nhưng nó lại được NVIDIA tập trung phát triển vì đặc biệt phù hợp cho việc bổ sung các hiệu ứng ánh sáng chân thực.

Sau đó là chi phí: card Turing tốt nhất dành cho người dùng chuyên nghiệp có giá đến 10.000 USD, và nó còn có thể đắt hơn nữa nếu sử dụng công nghệ dò tia. Nhưng giờ đây NVIDIA lại sẵn sàng đưa công nghệ dò tia này tới các GPU cho người dùng phổ thông – điều chưa từng xảy ra trước đây.

Vậy công nghệ dò tia này đặc biệt ở điểm nào?

Công nghệ đồ họa hiện tại của NVIDIA và hầu như toàn bộ ngành công nghiệp là mô phỏng ánh sáng và hành vi của ánh sáng trong một khung cảnh nhất định, theo cách đơn giản hơn, gọi là Rasterization (kỹ thuật raster). Giống như một họa sĩ vẽ tranh, các đối tượng được hiển thị từng lớp, từ sau ra trước, vì vậy các đối tượng ở phía trước sẽ che khuất các đối tượng phía sau.

Khác biệt về hiển thị giữa kỹ thuật Raster thông thường (trái) và kỹ thuật dò tia (phải).

Tuy vậy, cách làm này sẽ gặp khó khăn khi dựng hình việc phản chiếu, bởi vì kỹ thuật raster sẽ không theo dõi và dựng hình được ánh sáng. Nó thường được sử dụng trong các khung cảnh thời gian thực bởi vì phần cứng hiện tại không đáp ứng đủ nhu cầu mô phỏng chuyển động của các khung cảnh phức tạp, ví dụ trong trò chơi điện tử hoặc hình ảnh động 3D.

Trong khi đó, kỹ thuật dò tia dựng lại hành vi của ánh sáng khi nó đi tới các bề mặt, các vật liệu và các đối tượng chuyển động.

Ánh sáng khi đi qua một khung cảnh có thể được kiết xuất và hiển thị phức tạp hơn. Với kỹ thuật dò tia, bạn có thể mô phỏng cách các tia sáng tương tác với những vật thể, tạo ra các hiệu ứng phản xạ, khúc xạ và tán xạ chân thực trong thời gian thực. Kỹ thuật dò tia thậm chí có thể phát hiện và hiển thị các kính khúc xạ, gương phản chiếu, hình dung ra nguồn gốc của ánh sáng trong khung cảnh và thậm chí cả màu sắc của ánh sáng sau khi đi qua đối tượng.

Trên thực tế, kỹ thuật này đã được sử dụng trong thực tế, với những bộ phim như Monsters University của Pixar, Iron Man của Marvel. Nhưng đó là khi nó được sử dụng bởi những người dùng chuyên nghiệp, nhưng giờ nó đã được đưa tới với những người dùng phổ thông – một điều tưởng chừng không thể trước đây.

Đây xứng đáng được gọi là một kỳ công của NVIDIA bởi vì công nghệ dò tia đòi hỏi một lượng sức mạnh điện toán khổng lồ. CEO của NVIDIA, ông Jensen Huang cho biết, đây là "bước nhảy vọt lớn nhất mà chúng tôi từng làm trong một thế hệ (card GPU)."

Cách giải quyết vấn đề của NVIDIA là sử dụng kiến trúc Turing mới trong các GPU vừa ra mắt. Kiến trúc này được thiết kế để giải quyết vấn đề về xử lý. Các lõi dò tia chuyên dụng còn được trang bị thêm nhân Tensor Core, có khả năng sử dụng AI để suy luận phần hình ảnh "thời gian thực" – vấn đề cần nhiều sức mạnh tính toán nhất của kỹ thuật này. Vì vậy, các GPU có khả năng mô phỏng nhanh gấp 6 lần so với nền tảng Pascal trước đây (trên GTX 1080Ti).

Đây thật sự là một bước nhảy lớn về công nghệ đồ họa và thật phấn khích khi bạn nghĩ đến việc các studio và các cá nhân giờ đây sẽ có thể mở rộng việc sử dụng kỹ thuật dò tia này để ứng dụng trong hoạt hình, trò chơi và mô phỏng khoa học.

Cho dù hiện tại NVIDIA mới chỉ sản xuất các GPU mới này dành cho máy tính để bàn, rất có thể các laptop với công nghệ dò tia sẽ bắt đầu ra mắt thị trường trong năm tới – một khoảng thời gian chờ đợi không quá dài. Trên thực tế, một số trò chơi sắp ra mắt như Metro: Exodus đã có sẵn bản demo NVIDIA RTX để trình diễn khả năng dò tia theo thời gian thực của mình.

Tham khảo The Verge