Chiếu quang tia là gì?

Giới thiệu về kỹ thuật chiếu quang tia.

Chiếu quang tia là phương pháp xác định cách thức ánh sáng sẽ chiếu vào mắt (hoặc máy ảnh) trong một cảnh ảo. Trong đồ họa 3D, kỹ thuật chiếu quang tia mô phỏng hoạt động gửi các chùm ánh sáng kỹ thuật số từ góc nhìn của người xem vào môi trường kỹ thuật số. Các tia sẽ giao nhau với vật thể trong cảnh. Dựa trên vị trí của giao điểm và các thuộc tính của từng vật thể, kỹ thuật chiếu quang tia giúp bạn xác định màu sắc và độ sáng của pixel trên màn hình.

Kỹ thuật chiếu quang tia có vai trò vô cùng quan trọng trong quy trình kết xuất và trực quan hóa vì nó tạo ra ánh sáng chân thực. Kỹ thuật này mô phỏng cách thức ánh sáng tương tác với các vật thể trong thế giới thực ở môi trường kỹ thuật số, từ đó tạo ra các nhân vật, vật thể và cảnh vô cùng chân thực.

Lịch sử của kỹ thuật chiếu quang tia.

Chiếu quang tia là kỹ thuật cơ bản dùng trong thiết kế 3D hiện đại. Tuy nhiên, công nghệ này đã xuất hiện từ nhiều thập kỷ trước. Vào thập niên 1960, các nhà khoa học máy tính đã khám phá ra những phương pháp mô phỏng cách thức ánh sáng tương tác với các bề mặt để tạo ra hình ảnh chân thực. Vào thập niên 1980, Turner Whitted đã viết một bài báo về phương pháp dò tia đệ quy, từ đó, kỹ thuật này cũng trở nên phổ biến hơn. Bài báo này giới thiệu khái niệm xử lý hiện tượng phản xạ và khúc xạ bằng kỹ thuật chiếu quang tia đệ quy – nhân tố thực sự có khả năng xoay chuyển cục diện cho kỹ thuật chiếu quang tia.

John Carmack đã giúp kỹ thuật chiếu quang tia trở nên phổ biến vào đầu thập niên 1990 thông qua trò chơi "Wolfenstein 3D". Trò chơi này sử dụng kỹ thuật chiếu quang tia để tạo phối cảnh 3D trong thế giới 2D. Vào thập niên 2000, kỹ thuật chiếu quang tia kết hợp với raster hóa để hỗ trợ kết xuất theo thời gian thực trong mô phỏng kỹ thuật số. Hiện nay, các công ty đang phát triển phương pháp dò tia có phần cứng hỗ trợ, từ đó giúp vượt qua ranh giới của những điều khả thi.

Các trường hợp ứng dụng thực tế.

Kỹ thuật chiếu quang tia là công cụ tuyệt vời cho trò chơi điện tử, nhưng cũng được ứng dụng trong các lĩnh vực quan trọng khác, chẳng hạn như:

1. Hình ảnh y khoa. Kỹ thuật chiếu quang tia kết xuất dữ liệu ba chiều từ bản quét CT và MRI. Nhờ đó, chuyên gia y tế thu được hình ảnh 3D chi tiết, từ đó giúp họ chẩn đoán chính xác hơn.
2. Trực quan hóa kiến trúc. Kiến trúc sư sử dụng kỹ thuật chiếu quang tia để dự đoán xem ánh sáng sẽ tương tác với không gian như thế nào. Kỹ thuật này cực kỳ hữu ích trong việc xác định cách thức ánh sáng mặt trời sẽ chiếu sáng vào căn phòng tại những thời điểm khác nhau trong ngày hoặc trong năm.
3. Thực tế ảo (VR). VR sử dụng kỹ thuật chiếu quang tia để phát hiện tương tác, bao gồm theo dõi ánh mắt và chọn vật thể. Nhờ đó, người dùng có được trải nghiệm phong phú hơn.
4. Trò chơi. Kỹ thuật chiếu quang tia có vai trò vô cùng quan trọng đối với thiết kế trò chơi điện tử vì kỹ thuật này hỗ trợ môi trường tương tác, giống như thật. Trò chơi điện tử sử dụng kỹ thuật chiếu quang tia vào nhiều mục đích khác nhau, bao gồm kết xuất hình ảnh và phát hiện va chạm. Các trò chơi như Doom Eternal và Cyberpunk 2077 chỉ là một vài ví dụ về kỹ thuật chiếu quang tia đang được sử dụng.

Kỹ thuật chiếu quang tia ba chiều.

Kỹ thuật chiếu quang tia ba chiều có ưu điểm vượt trội so với chiếu quang tia tiêu chuẩn. Kỹ thuật này sử dụng dữ liệu ba chiều, ví dụ như kết cấu và bộ dữ liệu 3D. Kỹ thuật chiếu quang tia tiêu chuẩn lấy dữ liệu từ các tia giao cắt với bề mặt, còn kỹ thuật chiếu quang tia ba chiều lấy mẫu dữ liệu trong toàn bộ không gian. Kỹ thuật này vô cùng hữu ích trong các ứng dụng như hình khoa, trong đó mô hình trực quan hóa dữ liệu 3D từ các bản quét CT hoặc MRI.

Kỹ thuật chiếu quang tia so với các kỹ thuật kết xuất khác.

Adobe Substance 3D là bộ công cụ sáng tạo hỗ trợ bạn tạo, điều chỉnh và tạo kiểu cho các mô hình 3D. Kỹ thuật chiếu quang tia là thành phần quan trọng của Substance 3D. Kỹ thuật này hỗ trợ tạo ra kết cấu hoặc cách thức ánh sáng tương tác với các vật liệu kỹ thuật số. Bên cạnh bộ công cụ 3D của Substance 3D, kỹ thuật chiếu quang tia hỗ trợ tạo kết cấu chi tiết, chính xác cho các mô hình 3D có độ chân thực cao.

Chúng ta hãy cùng tìm hiểu xem kỹ thuật chiếu quang tia có gì khác với các kỹ thuật kết xuất khác:

1. Kỹ thuật chiếu quang tia. Phương pháp này xác định khả năng hiển thị bằng cách chiếu tia từ người xem và chiếu vào cảnh.
2. Raster hóa. Kỹ thuật tạo mô hình 3D này chuyển đổi các hình dạng hình học thành pixel để hiển thị. Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trong đồ họa theo thời gian thực dành cho trò chơi điện tử.
3. Kỹ thuật dò tia. Đây là dạng thức nâng cao của kỹ thuật chiếu quang tia. Kỹ thuật này mô phỏng đường đi của tia sáng khi chúng truyền qua một cảnh. Kỹ thuật dò tia tạo ra những hình ảnh có độ chân thực cao, nhưng lại có chi phí tính toán cao.

Bắt đầu sử dụng kỹ thuật chiếu quang tia.

Sau đây là hướng dẫn nhanh về cách thức bắt đầu sử dụng kỹ thuật chiếu quang tia:

1. Hiểu được nguyên lý cơ bản. Tìm hiểu xem tia là gì và cách thức tia hoạt động, cũng như cách thức các tia giao cắt với vật thể trong một cảnh.
2. Bắt đầu từ các cảnh đơn giản. Nếu bạn chỉ mới trong giai đoạn làm quen, hãy bắt đầu từ các hình dạng cơ bản như hình cầu và mặt phẳng. Hãy dùng kỹ thuật đổ bóng đơn giản để tạo chiều sâu cho các vật thể này. Bạn sẽ nhìn thấy những lựa chọn này ảnh hưởng ra sao đến bóng, hiện tượng phản chiếu và khúc xạ trong cảnh.
3. Mở rộng sang các cảnh phức tạp. Sau khi bạn đã thành thạo các cảnh đơn giản, hãy kết hợp nhiều vật thể và vật liệu hơn.

Trên đây chỉ là những bước khởi đầu. Tuy nhiên, bạn vẫn nên tiếp tục đầu tư phát triển các kỹ năng của bản thân về kỹ thuật chiếu quang tia. Các hướng dẫn trực tuyến, cộng đồng và chỉ dẫn từ Adobe Substance 3D sẽ từng bước giúp bạn nâng cao kỹ năng của bản thân.

Trải nghiệm sự khác biệt: chiếu quang tia bằng Adobe Substance.

Kỹ thuật chiếu quang tia tạo ra các cảnh kỹ thuật số chân thực hơn bằng cách bắt chước ánh sáng thực tế trong không gian kỹ thuật số. Từ lĩnh vực hình ảnh y khoa đến trò chơi điện tử, kỹ thuật chiếu quang tia đem đến tính chân thực cho kỷ nguyên kỹ thuật số. Hãy tạo hình ảnh ấn tượng của riêng bạn: thử nghiệm với kỹ thuật chiếu quang tia trong Adobe Substance 3D ngay.