Ray Tracing là gì và DLSS là gì?

Trong những ngày gần đây, khi dòng Card RTX 2080 / 2080Ti của hãng NVIDIA đang làm mưa làm gió vì sức mạnh mà nó mang đến cũng như việc nó được tích hợp công nghệ Ray Tracing (hiệu ứng tương phản theo dòng ánh sáng) trong làm đồ họa vẫn chưa hết Hot thì mới đây các hãng Game cũng đã tung ra một loạt các Trailer so sánh cũng như phô diễn sự tuyệt vời của hiệu ứng này trong Game.

Đầu tiên RTX là gì ? Và Ray Tracing là gì ? Liệu nó có thực sự mang lại sự thay đổi về hình ảnh không ? Còn cả công nghệ Deep Learning Super Sampling (DLSS) mới trong kiến trúc Turing nữa, liệu nó sẽ hỗ trợ gì trong việc cải thiện hình ảnh của người dùng ?

Card đồ họa RTX - Những chiếc card đồ họa đầu tiên hỗ trợ Ray Tracing và DLSS từ phần cứng

Trước khi đến với Ray Tracing, chúng ta sẽ điểm sơ qua về công nghệ đồ họa hiện nay là sử dụng kỹ thuật raster (Rasterization), mô phỏng ánh sáng và hành vi của ánh sáng trong một khung cảnh nhất định. Điều này giống như cách một họa sĩ vẽ tranh, từng lớp các đối tượng được hiển thị lần lượt từ trước ra sau khiến các đối tượng phía sau bị các đối tượng phía trước che khuất.

Với cách này, kỹ thuật Raster sẽ không theo dõi và dựng hình được ánh sáng khiến gây khó khăn khi dựng hình việc phản chiếu. Kỹ thuật này thường chỉ đươc sử dụng trong các khung cảnh thời gian thực chứ không được sử dụng khi mô phỏng chuyển động của các khung cảnh phức tạp như hình chuyển động 3D hay trong trò chơi điện tử,… bởi phần cứng không thể đáp ứng được.

So sánh nhanh giữa kỹ thuật đổ bóng và đổ bóng kết hợp truy tia phản chiếu

So sánh nhanh giữa bật và tắt Ray Tracing

Vậy còn, Ray Tracing là gì? Đây là một kĩ thuật dựng (render) ánh sáng bằng cách truy theo các tia sáng (trace có nghĩa là đuổi theo, ray là các tia sáng). Bạn có thể tưởng tượng kĩ thuật này giống như cách bạn nhìn lên mặt trời, theo dõi các tia sáng của nó chiếu đi đâu, chiếu vào vật thể nào và cách nó đánh sáng lên những vật xung quanh.

Kỹ thuật Ray Tracing dựng lại quy trình đó nhưng trong môi trường số bằng cách tính toán ngược từ camera, tức góc nhìn của người chơi, quay về nguồn sáng. 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.

Kỹ thuật này sẽ cho ra hình ảnh đúng với nguyên tắc vật lý và sẽ thật nhất có thể và khi kết hợp với nhiều hiệu ứng hậu kỳ khác, hình ảnh đạt được sẽ gần như không thể phân biệt giữa thực và ảo. Ưu điểm của Ray-tracing khá rõ ràng, nhưng nhược điểm là chiếm dụng tài nguyên rất lớn, và trước đây, không có cách nào để chạy Ray-tracing theo thời gian thực mà luôn phải dựng sẵn (pre-rendered).

Mô phỏng cách tạo nên bóng nhờ các tia (ray) dò (trace)

Công nghệ RTX mới được nVidia công bố sẽ cho phép áp dụng Ray Tracing theo thời gian thực cho các giảm phầm tương tác như video game. Ngoài ra, nó còn giúp tăng tốc và tối ưu hóa quy trình làm việc cho các họa sĩ 3D, các họa sĩ hiệu ứng hậu kì cho phim ảnh vì có thể trực tiếp thấy kết quả thay vì phải đợi render như xưa.

Công nghệ này sẽ chạy được trên kiến trúc đồ họa Volta và mới đây nhất là Turing của nVidia, vốn đã ứng dụng cho phiên bản card nVidia Titan V, hệ thống Tesla V100, chip Tegra Xavier, thế hệ card Gefore RTX 2xxx vừa ra mắt, cũng như thế hệ chip mobile Tegra cho người dùng cuối kế tiếp.

Các developer có thể ứng dụng RTX thông qua hệ thống giao diện nVidia OptiX, bộ thư viện Microsoft DirectX Raytracing (DXR) và sắp tới là Vulkan. DirectX Raytracing được xem là một phần mở rộng của DirectX 12 nhằm cung cấp một giải pháp phụ trợ chứ không hề thay thế các kỹ thuật DirectX rasterization truyền thống.

nVidia cũng đóng góp giải pháp của mình cho Khronos Group, đơn vị đại diện cho Vulkan – bộ thư viên đồ họa đa nền tảng. RTX sẽ sớm được hỗ trợ bởi Vulkan. Nhân dịp này, bộ middleware nVidia Gamework cũng được cập nhật để hỗ trợ RTX thông qua cả nVidia OptiX và Microsoft DRX.

Hiện tại có rất nhiều bộ khung phát triển phần mềm, game nhắm tới việc tạo ra đồ họa đẹp. Tuy nhiên, mỗi bộ thường chỉ làm được một vài thứ nhất định, trong khi kĩ thuật Ray Tracing có thể sẽ định nghĩa lại tất cả mọi thứ và giúp cho đồ họa máy tính nhảy lên một tầm cao mới. NVIDIA cũng không ngại giới thiệu các kĩ thuật render mới - hiện tại có đến 16 công cụ render trong bộ API GameWorks của công ty - nhưng chưa có cái nào ấn tượng như cái này cả.

Về ứng dụng trong Game

Mục tiêu của Ray Tracing là tạo ra hiệu ứng chiếu sáng thực hơn, đổ bóng tự nhiên hơn, và dòng RTX 20 của NVIDIA đã đạt được những kết quả ấn tượng, ít nhất là trong các màn Demo ở lễ ra mắt và đã có một loạt game PC được xác nhận sẽ hỗ trợ công nghệ này, bao gồm cả Metro Exodus, Shadow of the Tomb Raider, Battlefield V, Resident Evil 2 Remake, Final Fantasy XV …vv..

Dĩ nhiên, trong thời điểm hiện tại, việc chuyển hẳn sang một Rendering Model dùng hoàn toàn Ray-Tracing là không khả thi. Nhất là khi xem xét yếu tố người dùng, không phải ai cũng dùng card đồ họa đủ mạnh để chạy Ray-tracing, và các tín đồ của AMD cũng không nằm ngoài cuộc chơi khi chính hãng đã xác nhận sẽ hỗ trợ công nghệ ray tracing nhưng với 1 cái tên khác. Tất cả sẽ được lộ diện tại sự kiện Computex 2019.

Lộ trình phát triển GPU của AMD

Đầu tiên là Battlefield V, như các bạn đã thấy trong Clip, tất cả các đối tượng, cả vệt lửa của súng Flamethrower cũng sẽ được ánh xạ và phản chiếu chính xác trên các bề mặt lân cận, như cửa số, xe hơi, mặt nước, thậm chí còn tác động và làm đổi màu đến các đối tượng không phản chiếu khác như áo quần, vũ khí. Và ngay cả khi những vệt lửa này khuất khỏi góc nhìn của người chơi, các chi tiết phản chiếu vẫn được thể hiện chính xác. Không chỉ vậy, nếu để ý kĩ bạn còn có thể thấy phản quan của bóng người hoặc máy bay dưới mặt nước.

Nếu các bạn không nhìn được sự khác biệt từ Video trên thì Video này sẽ so sánh khi bật tắt RTX cho các bạn.

Với mức độ chi tiết như thế này, người chơi có thể có được lợi thế về Gameplay khi phát hiện đối phương thông qua các lớp phản chiếu hoặc sự thay đổi ánh sáng và đổ bóng trong môi trường, ngay cả khi góc nhìn bị khuất. Sẽ còn phải đợi xem những game mang tính đối kháng như Battlefield V sẽ áp dụng thực sự ra sao, vì RTX sẽ tạo ra những lợi thế nhất định so với những người chơi không có phần cứng mạnh và không chạy được kỹ thuật này.

Hình ảnh thể hiện Ray Tracing được lấy từ trailer Battlefield V

Tiếp đến là Metro Exodus, như các bạn đã thấy, căn phòng bằng gỗ có cửa sổ đang mở sẽ sáng gần như đều cả phòng khi dùng phương pháp chiếu sáng truyền thống nhưng khi bật Ray Tracing thì những nơi có ánh sáng trực tiếp chiếu vào sẽ sáng hơn so với những góc khuất của phòng.

Ánh sáng không chỉ ảnh hưởng tới việc chiếu sáng, nó còn ảnh hưởng tới màu sắc, độ sâu, đổ bóng nữa. Nên khi việc chiếu sáng được giả lập sát với đời thực thì những yếu tố còn lại cũng được làm tốt theo. Những mảng đổ bóng trong game hiện tại nhìn khá gắt và rõ ràng, thiếu đi cái chuyển nhẹ nhẹ giữa những mảng sáng tối, và Ray Tracing chính là mảnh ghép giúp việc này trở thành hiện thực.

So với những cải tiến về số khung hình / giây, Ray Tracing mang đến cảm giác sướng hơn vì bạn thực sự thấy hình ảnh trong game thay đổi như thế nào so với bình thường. Trong khi đó, các kĩ thuật tăng fps thì chỉ khi đo bằng bộ đếm mới thấy, hoặc máy giật sẵn thì không cần đo cũng biết là máy chậm.

DLSS - Deep Learning Super Sampling

Trong lần ra mắt này, còn một công nghệ nữa gắn liền với kiến trúc Turing và cũng cực kỳ quan trọng nhưng ít được nói đến, đó là DLSS – Deep Learning Super Sampling.

Công nghệ này tận dụng các nhân Tensor Core trong kiến trúc Volta và Turing mới vốn được thiết kế cho các tác vụ AI, Machine Learning và Deep Learning. Các nhân này sẽ được ứng dụng để hỗ trợ DLSS nhằm khử răng cưa, tăng FPS, cải thiện hình ảnh và giảm tải cho hệ thống.

Với những kỹ thuật khử răng cưa trước đây, ví dụ như Temporal Anti-Aliasing (TAA), mỗi khung hình cần được render lại nhiều lần nhằm làm mượt các cạnh răng cưa. Thuật toán này thường đòi hỏi một lượng tài nguyên xử lý tương đối lớn, và thậm chí cần rất nhiều bộ đệm khung hình (Frame Buffer) để cho ra hình ảnh tốt nhất, dẫn đến việc ảnh huởng hiệu năng của cả hệ thống.

Theo nVidia, DLSS sử dụng Machine Learning trong khung cảnh và hình ảnh (gọi là inferencing) nhằm nâng cao chất luợng hình ảnh mà không ảnh huởng lớn đến tốc độ và hiệu năng của máy.

Một trong những đoạn demo được trình diễn lần này là Infiltrator, chạy Realtime trong Unreal Engine trên 2 hệ thống phần cứng với GTX 1080 Ti ( chạy ở 4K và dùng TAA ) và RTX 2080 (chạy ở 4K và dùng DLSS). GTX 1080Ti vẫn có thể cầm cự được đoạn Demo này, nhưng khi ở 4K cùng TAA, hệ thống không đảm bảo được sự mượt mà, trong khi RTX 2080 với DLSS, khung hình vượt xa mốc 60fps, đủ để cho thấy hiệu quả của công nghệ mới này. Nhưng rất tiếc, chi tiết về thuật toán hoạt động của DLSS vẫn chưa được cho phép công bố rộng rãi.

Tổng Kết

Ray Tracing có thực sự cần thiết trong Game hay không đó sẽ là quan điểm của riêng mỗi người nhưng chắc chắn một điều là nó sẽ mang lại lợi thế không nhỏ cho những ai có thể sử dụng công nghệ này, đặc biệt là trong những Game Multiplayer hoặc những Game thiên về tính chiến thuật. Các bạn hãy tưởng tượng đi, chỉ cần thấy trước được kẻ địch thôi là đủ để lên một chuỗi kế hoạch để úp sọt và lật kèo chuyển bại thành thắng rồi.

Còn với Deep Learning Super Sampling (DLSS) này, đây sẽ là một bước cải thiện hiệu năng cực kì đáng kể cho các bạn đặc biệt là khi chơi Game ở những độ phân giải cao với mức thiết lập đồ họa cao nhất.