Table of Contents
Cùng với sự phát triển của công nghệ máy tính, những kĩ thuật về đồ hoạ cũng không ngừng được nâng cao, không những giúp hiệu suất làm việc tăng lên mà còn đem lại cho người xem trải nghiệm chân thực nhất. Vì thế, thuật ngữ render cũng ngày càng được người yêu công nghệ quan tâm. Sau đây GhienCongNghe sẽ chia sẻ với bạn render là gì và vì sao bạn không được bỏ qua khi nghiên cứu về đồ họa.
Render là gì?
Render là kết xuất đồ họa hay gọi ngắn gọn là kết xuất, là quá trình liên quan tạo ra hình ảnh hai chiều hoặc ba chiều từ một mô hình bằng các chương trình máy tính. Kết xuất chủ yếu được sử dụng trong thiết kế kiến trúc, trò chơi điện tử, phim hoạt hình, trình mô phỏng, hiệu ứng đặc biệt trên TV… Các kỹ thuật và tính năng được sử dụng thay đổi tùy theo mỗi dự án. Kết xuất giúp tăng hiệu quả và giảm chi phí trong thiết kế.
Có hai loại kết xuất: kết xuất trước và kết xuất thời gian thực. Sự khác biệt nổi bật giữa cả hai nằm ở tốc độ diễn ra quá trình tính toán và hoàn thiện hình ảnh.
Real-Time Rendering – Kết xuất thời gian thực: Kỹ thuật kết xuất tiên tiến sử dụng trong đồ họa và game tương tác, hình ảnh được tạo với tốc độ nhanh. Vì trong những môi trường này tương tác của người dùng cao, nên cần phải tạo hình ảnh theo thời gian thực. Phần cứng đồ họa chuyên dụng và việc biên dịch trước thông tin có sẵn đã cải thiện hiệu suất của loại kết xuất này.
Pre-Rendering – Kết xuất trước: Kỹ thuật kết xuất này được sử dụng trong các môi trường không quan trọng tốc độ và các phép tính hình ảnh được thực hiện bằng các đơn vị xử lý trung tâm đa lõi thay vì phần cứng đồ họa chuyên dụng như Real-Time Rendering. Kỹ thuật dựng hình này chủ yếu được sử dụng trong hoạt hình và hiệu ứng hình ảnh, trong đó hiệu ứng ảnh thực cần phải ở tiêu chuẩn cao nhất có thể.
Render để làm gì?
(1) Để hiển thị. Thuật ngữ kết xuất xuất phát từ thế giới đồ họa, kết xuất cho ra kết quả bản vẽ khi được dựng lên thành cấu trúc sẽ trông như thế nào. Trong thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD), kết xuất là một chế độ xem cụ thể của mô hình 3D đã được chuyển đổi thành hình ảnh thực tế. Nó bao gồm ánh sáng cơ bản như đổ bóng cũng như các hiệu ứng phức tạp hơn như phản xạ và khúc xạ. Nó cũng có thể bao gồm việc áp dụng các kết cấu cho các bề mặt.
(2) Để chuyển đổi bất kỳ nội dung được mã hóa sang định dạng cần thiết để xem hoặc in. Mặc dù thuật ngữ này thường được sử dụng để chỉ hình ảnh, nhưng nó cũng có thể đề cập đến bất kỳ dữ liệu nào. Ví dụ, một trang HTML có chứa văn bản và đồ họa được cho là “kết xuất” khi nó được hiển thị.
Render dữ liệu 3D
Render 3D là quá trình máy tính lấy thông tin thô từ cảnh 3D (đa giác, vật liệu và ánh sáng) và tính ra kết quả cuối cùng. Đầu ra thường là một hình ảnh đơn lẻ hoặc một loạt hình ảnh được kết xuất và biên dịch lại với nhau.
Kết xuất thường là giai đoạn cuối cùng của quá trình tạo 3D, ngoại trừ trường hợp bạn đưa kết xuất của mình vào Photoshop để xử lý hậu kỳ.
Nếu bạn đang kết xuất ảnh hoạt hình (hoạt ảnh), nó sẽ được xuất dưới dạng tệp video hoặc một chuỗi hình ảnh mà sau này có thể được ghép lại với nhau. Một giây hoạt ảnh thường có ít nhất 24 khung hình trong đó, vì vậy một phút hoạt ảnh có 1440 khung hình để kết xuất. Quá trình này có thể mất khá nhiều thời gian.
Render CPU và Render GPU
Sự khác biệt giữa cả hai nằm ở sự khác biệt giữa hai thành phần máy tính.
CPU thường được tối ưu hóa để chạy nhiều tác vụ nhỏ hơn cùng lúc, trong khi GPU thường chạy các phép tính phức tạp tốt hơn, chúng ta sẽ chỉ thảo luận về chúng từ góc độ kết xuất 3D trong bài viết này.
Nói chung, kết xuất GPU nhanh hơn nhiều so với kết xuất CPU. Đây là những gì cho phép các trò chơi hiện đại chạy ở khoảng 60 FPS. Nhưng kết xuất CPU có thể cho được kết quả chính xác hơn từ các thuật toán ánh sáng và kết cấu phức tạp hơn.
Tuy nhiên, trong các công cụ kết xuất hiện đại, sự khác biệt về hình ảnh giữa hai phương pháp này hầu như không thể nhận thấy, ngoại trừ trong những cảnh phức tạp nhất
Kết xuất CPU
Kết xuất CPU chính là kết xuất trước đã đề cập ở trên là khi máy tính sử dụng CPU làm thành phần chính để tính toán.
Đây là kỹ thuật thường được các hãng phim ưa chuộng. Lí do là độ chính xác của nó khi tạo ra các hình ảnh chân thực và thời gian kết xuất thực tế không phải là một vấn đề đáng kể đối với các ngành công nghiệp này.
Mặc dù thời gian kết xuất có thể thay đổi rất nhiều và thỉnh thoảng rất lâu.
Một cảnh với ánh sáng phẳng và vật liệu có hình dạng đơn giản có thể hiển thị trong vài giây. Nhưng một cảnh với ánh sáng HDRI phức tạp và các mô hình có thể mất hàng giờ để kết xuất.
Một ví dụ điển hình cho điều này là trong bộ phim năm 2001 của Pixar, Monsters Inc. Nhân vật chính Sully có khoảng 5,4 triệu sợi tóc, điều đó có nghĩa là những cảnh có anh ấy trên màn ảnh phải mất tới 13 giờ để kết xuất mỗi khung hình!
Nhân vật Sully (bên trái) trong Monsters Inc.
Để đối phó với trở ngại này, nhiều studio lớn hơn đã sử dụng một trang trại kết xuất.
Trang trại kết xuất là một ngân hàng lớn gồm các máy tính hoặc máy chủ công suất cao cho phép nhiều khung hình được hiển thị cùng một lúc hoặc đôi khi một hình ảnh được chia thành các phần được hiển thị theo từng phần của trang trại. Điều này giúp giảm thời gian kết xuất tổng thể.
Một ‘nông trại’ render của Pixar.
Kết xuất CPU bao gồm các kỹ thuật như:
Trade racing – Phương pháp dò tia sáng
Đây là nơi mỗi pixel trong hình ảnh cuối cùng được tính như một hạt ánh sáng được mô phỏng như tương tác với các đối tượng trong mỗi cảnh, tạo ra những cảnh chân thực với độ phản chiếu và bóng tối cao cấp, nhưng nó đòi hỏi rất nhiều năng lượng để tính toán.
Tuy nhiên, do những tiến bộ gần đây trong công nghệ GPU trong các thẻ dòng 2000 của NVIDIA, dò tia như một phương pháp kết xuất có thể tạo ra các trò chơi chính thống thông qua kết xuất GPU trong những năm tới.
Path Tracing –Truy tìm đường dẫn
Tính năng dò đường tính toán hình ảnh cuối cùng bằng cách xác định cách ánh sáng sẽ chiếu vào một điểm nhất định của bề mặt và sau đó lượng ánh sáng sẽ phản xạ trở lại viewport camera.
Nó lặp lại điều này cho mỗi pixel của kết xuất cuối cùng.
Đây được coi là cách tốt nhất để có được hiệu ứng ánh sáng trong hình ảnh cuối cùng.
Ánh xạ photon
Là thuật toán kết xuất ánh sáng toàn cầu hai bước được phát triển bởi Henrik Wann Jensen từ năm 1995 đến 2001, giải quyết gần đúng phương trình kết xuất để tích hợp bức xạ ánh sáng tại một điểm nhất định trong không gian.
Máy tính bắn ‘photon’ (trong trường hợp này là tia sáng) từ cả máy ảnh và bất kỳ nguồn sáng nào được sử dụng để tính toán cảnh cuối cùng.
Phương pháp này sử dụng các giá trị gần đúng để tiết kiệm năng lượng tính toán, ngoài ra bạn có thể điều chỉnh lượng photon để có được kết quả chính xác hơn.
Sử dụng phương pháp này đặc biệt hữu hiệu để mô phỏng tụ quang khi ánh sáng khúc xạ qua các bề mặt trong suốt.
Radiosity – Thuật toán tính sự va đập của ánh sáng
là một phương pháp nhằm mô phỏng sự phản xạ của ánh sáng, không những chỉ phản xạ sang một mặt phẳng khác mà thôi, song cả việc nó làm hừng sáng địa phận chung quanh nữa. Phương pháp này tạo nên các bóng tối thật hơn và hình như nắm bắt được không khí môi trường (ambiance) của quang cảnh bên trong nội thất. Một ví dụ kinh điển nhất đã được sử dụng là ví dụ về bóng tối bao trùm các góc phòng.
Render GPU
Kết xuất GPU (hay kết xuất thời gian thực) là khi máy tính sử dụng GPU làm tài nguyên chính cho các tính toán.
Loại kết xuất này thường được sử dụng trong trò chơi điện tử và các ứng dụng tương tác khác, có thể kết xuất từ 30 đến 120 khung hình một giây để có được trải nghiệm mượt mà. Để đạt được kết quả này, kết xuất thời gian thực không thể sử dụng một số tùy chọn tính toán nâng cao. Vì vậy, rất nhiều trong số đó được thêm vào trong quá trình xử lý bằng cách sử dụng các phép tính gần đúng.
Các hiệu ứng khác được sử dụng để đánh lừa mắt làm cho mọi thứ trông mượt mà hơn, chẳng hạn như chuyển động mờ.
Do sự tiến bộ nhanh chóng trong công nghệ và các nhà phát triển tạo ra các phương pháp tính toán vừa rẻ vừa cho kết quả hiển thị tuyệt vời, từ đó các hạn chế của kết xuất GPU nhanh chóng được khắc phục.
Đó là lý do tại sao trò chơi và các phương tiện tương tự được nâng cấp hơn sau mỗi thế hệ mới. Giống như những liên tục được cải thiện, các kết quả đồ họa cũng vậy.
Không phải lúc nào kết xuất GPU cũng phải được sử dụng trong thời gian thực, vì nó cũng hợp lệ để tạo ra các kết xuất lâu hơn.
Bạn có thể đưa ra những thông tin gần đúng về kết xuất cuối cùng một cách tương đối nhanh chóng, từ đó có thể xem cảnh cuối cùng trông như thế nào mà không cần phải đợi hàng giờ để có kết xuất cuối cùng. Điều này làm cho nó trở thành một công cụ rất hữu ích trong quy trình làm việc 3D trong khi thiết lập ánh sáng và kết cấu.
Công cụ render
Có hàng tá công cụ kết xuất trên thị trường và rất khó để quyết định sử dụng công cụ nào. Bất kỳ phần mềm 3D nào bạn sử dụng cho quy trình làm việc của mình sẽ đi kèm với công cụ kết xuất riêng được tích hợp sẵn. Chúng giúp bạn tự tìm tòi khám phá để đạt kết quả như ý nhưng cũng tồn tại những hạn chế nhất định.
Dưới đây là một số ví dụ:
- V-Ray: là một công cụ rất phổ biến. Nó có khả năng sử dụng cả kết xuất CPU và GPU nên rất linh hoạt, có sẵn cho Maya, Blender và hầu hết mọi bộ ứng dụng 3D khác hiện có.
- Corona: là một công cụ cũng được sử dụng rất nhiều. Nó rất mạnh, nhưng chỉ có sẵn cho 3DS Max và Cinema 4D.
- RenderMan: được phát triển và sử dụng bởi hãng phim Pixar cho tất cả các bộ phim của họ. Nó cũng được sử dụng bởi nhiều xưởng phim lớn khác. Nó có thể được sử dụng như một trình cắm trực tiếp với Maya hoặc như một sản phẩm độc lập trên máy tính Windows, Mac và Linux.
Bình thường bạn chỉ cần học một công cụ kết xuất và một khi bạn hiểu quy trình làm việc của nó, bạn có thể sử dụng để đạt được bất kỳ hiệu ứng nào bạn muốn.
Xem thêm:
Trên đây GhienCongNghe đã chia sẻ với bạn render là gì và những thông tin liên quan về đồ họa. Hy vọng bạn đọc cảm thấy hữu ích và đừng quên like, share để mọi người cùng khám phá nhé.
Tham khảo: Techopedia, Pcmag và Concept Art Empire
