Buzz
Trong những ngày gần đây, Nvidia đã đưa ra hai thông tin liên quan đến path tracing. Đầu tiên, Nvidia đã phát hành bộ công cụ SDK v1.0.0, hỗ trợ path tracing cho các nhà phát triển game. Gần đây hơn, Cyberpunk 2077 đã công bố bản cập nhật 1.62, hỗ trợ chế độ đồ hoạ RT Overdrive Mode, áp dụng kỹ thuật path tracing thay vì ray tracing như trước đây.
Cụm từ path tracing này đã được đề cập vài lần, với hai trò chơi mới ra mắt là Quake RTX và Portal RTX. Trước khi Cyberpunk 2077 công bố bản cập nhật mới, chưa có trò chơi nào áp dụng path tracing. Lý do chính là áp lực về phần cứng PC, đặc biệt là về nhân RT trong GPU Nvidia, là khá lớn.
Tìm hiểu thêm:
Để giải thích cách hoạt động của path tracing, CD Projekt RED, nhà phát triển Cyberpunk 2077, đã nói: “Chúng ta đã quá quen với những hạn chế của các thuật toán xác định hướng nguồn sáng trực tiếp và gián tiếp, xử lý theo thời gian thực. Những chi tiết đồ hoạ, như ánh sáng trải lên vật thể mà không tạo bóng đổ, hoặc nguồn sáng không tuân theo quy tắc vật lý, nguồn sáng gián tiếp được tăng cường độ bởi hiệu ứng bóng đen xung quanh, hoặc hiệu ứng phản chiếu dạng screen-space vẫn được sử dụng rộng rãi.
Ưu điểm của những giải pháp này là tạo ra hiệu suất và tốc độ khung hình ổn định trên các hệ thống cấu hình thấp. Tuy nhiên, nhược điểm của chúng là hạn chế về chất lượng hình ảnh cũng như sự giảm sáng tạo của các nhà phát triển game.”
Tóm lại, path tracing là một dạng của ray tracing nhưng phức tạp hơn nhiều. Dù cả hai đều mô phỏng cách ánh sáng tương tác với vật thể trong thế giới ảo nhưng khác biệt chính là trong ray tracing, thuật toán theo dõi từng tia sáng ảo trong khi trong path tracing, thuật toán tính đường đi của một nguồn sáng.
Việc ứng dụng path tracing đối với chip xử lý yêu cầu ít công sức hơn vì GPU chỉ cần tính đường đi của ánh sáng để hiển thị hiệu ứng, màu sắc, bóng đổ và ánh sáng phản chiếu. Tuy nhiên, trong thế giới game, việc này gây áp lực lớn hơn lên phần cứng so với ray tracing.
Xét về kỹ thuật ray tracing cơ bản, hiện không có card đồ hoạ nào có thể xử lý toàn bộ đường đi của ánh sáng và đảm bảo tốc độ khung hình đủ mượt để chơi game.
Bắt đầu từ nguồn sáng, GPU tính toán đường đi của tia sáng khi va chạm với vật thể và bị phản xạ, tạo ra các chùm tia mới. Sau đó, GPU tính toán đường đi của các chùm tia này, bao gồm cách chúng tương tác với môi trường để hiển thị màu sắc chính xác trên màn hình game. Mỗi khi tia sáng va chạm và bị phản xạ, một thuật toán vector mới sẽ được áp dụng để tính toán đường đi của ánh sáng.
Đến một thời điểm, số lượng 'ray' trở nên quá lớn và ảnh hưởng đến hiệu suất của chip xử lý, gây giảm tốc độ khung hình.
Khác biệt cơ bản giữa ray tracing và path tracing là trong path tracing, GPU tính toán đường đi của một tia sáng duy nhất, bao gồm cả đường đi của các chùm tia được tạo ra trong quá trình ánh sáng tương tác với thế giới ảo, ví dụ như bị hắt lại, tạo ra bóng đổ hoặc hình phản chiếu, hoặc bị vật thể hấp thụ.
Nhờ đó, thay vì các phân đoạn của trò chơi được xử lý một cách tuyến tính, thế giới ảo sẽ trở nên chân thực hơn nhiều, mặc dù lượng tia sáng mà GPU phải tính toán ít hơn.
Nói như vậy không có nghĩa là path tracing sẽ nhẹ hơn ray tracing. Giải pháp này chỉ nhẹ hơn ray tracing với khối lượng tia sáng khổng lồ mà GPU phải tính toán. Tuy nhiên, trong thế giới game, việc mô phỏng cách ánh sáng tương tác với môi trường vẫn đòi hỏi sự vận hành tối đa của các nhân xử lý ray tracing. Ví dụ rõ nhất là Portal RTX và Cyberpunk 2077 với cập nhật RT Overdrive sắp ra mắt, ngay cả với các card đồ hoạ cao cấp nhất của Nvidia như RTX 4080 hoặc 4090 cũng đòi hỏi sự nỗ lực tối đa.
Chính vì vậy, Nvidia đã phải áp dụng hai giải pháp khác để đảm bảo trò chơi mượt mà và đẹp. Thứ nhất là SER, viết tắt của Shader Execution Ordering, giải pháp tăng cường hiệu suất xử lý ray tracing trên GPU. Và thứ hai là DLSS 3, giải pháp áp dụng nhân tensor và thuật toán deep learning để chèn những khung hình mới mà không cần tới sức mạnh của CPU, giúp trò chơi đạt được con số FPS mà người chơi mong đợi.
