Ray Tracing là gì? Tại sao công nghệ này làm thay đổi đồ họa game?

Đã từ lâu, việc tạo ra những hình ảnh kỹ thuật số chân thực như ngoài đời thực luôn là đích đến cuối cùng của ngành công nghiệp đồ họa. Nếu trước đây kỹ thuật này chỉ giới hạn trong các bộ phim bom tấn của Hollywood với thời gian xử lý được tính bằng tuần, bằng tháng thì hiện nay sự bùng nổ của công nghệ Ray Tracing đã mang chất lượng điện ảnh đó lên ngay màn hình máy tính cá nhân. Vậy công nghệ dò tia này hoạt động dựa trên nguyên lý nào và tại sao nó được coi là tiêu chuẩn mới của thế giới ảo? Hãy cùng CNTTShop tìm hiểu chi tiết.

1. Ray Tracing hoạt động như thế nào? 

Ray Tracing là phương pháp dựng hình đồ họa tiên tiến mô phỏng chính xác các quy luật vật lý của ánh sáng. Thay vì chỉ tô điểm bề mặt như các kỹ thuật truyền thống, công nghệ này truy ngược đường đi của tia sáng từ camera, đi qua các điểm va chạm để xác định sự tương tác phức tạp như phản xạ, khúc xạ và bóng đổ, trước khi trở về nguồn phát.

Trong quá trình di chuyển, thuật toán sẽ tính toán chi tiết mọi tương tác khi tia sáng va chạm với các vật thể trong môi trường 3D. Hệ thống sẽ xác định xem luồng sáng bị phản xạ trên mặt gương, khúc xạ qua làn nước hay tán xạ trên các bề mặt nhám. Ray Tracing giúp máy tính tạo ra những khung hình có độ chân thực và chiều sâu không gian tuyệt đối, tái hiện sống động thế giới ảo như ngoài đời thực.

2. Cuộc đối đầu giữa Ray Tracing và Rasterization

Để thấy rõ tầm vóc của cuộc cách mạng đồ họa này, chúng ta cần đặt Ray Tracing lên bàn cân để so với Rasterization – kỹ thuật dựng hình đã thống trị ngành công nghiệp game suốt nhiều thập kỷ qua.

Kỹ thuật dựng hình Rasterization truyền thống

Rasterization hoạt động bằng cách chiếu các mô hình 3D thành mạng lưới điểm ảnh 2D trên màn hình, sau đó tô màu từng điểm dựa trên thuộc tính vật thể. Ưu điểm lớn nhất của kỹ thuật này là tốc độ xử lý cực nhanh, giúp tối ưu hóa hiệu suất cho phần cứng. Tuy nhiên, điểm yếu chí mạng của nó là ánh sáng và bóng đổ chỉ là các lớp phủ giả lập. Do thiếu sự liên kết vật lý với môi trường, các hiệu ứng này thường tạo cảm giác cứng nhắc, thiếu chiều sâu và không thể thay đổi linh hoạt theo góc nhìn.

Công nghệ Ray Tracing tiên tiến

Thay đổi hoàn toàn tư duy cũ, phương pháp dò tia tận dụng sức mạnh tính toán khổng lồ để đổi lấy sự chân thực tuyệt đối. Bằng cách mô phỏng hàng tỷ tia sáng di chuyển và nảy bật trong thời gian thực, Ray Tracing tạo ra mối tương tác sống động giữa vật thể và môi trường. Giờ đây, bóng đổ sẽ trở nên mềm mại tự nhiên, hình ảnh phản chiếu trên mặt nước hay kim loại sẽ biến đổi liên tục theo từng chuyển động của nhân vật thay vì chỉ là những mảng màu tĩnh đơn điệu như trước kia.

3. Các đặc điểm nổi bật của công nghệ Ray Tracing

Kỹ thuật dò tia tạo ra cuộc cách mạng thị giác thông qua 5 cơ chế mô phỏng ánh sáng chuyên biệt. Đây chính là những yếu tố cốt lõi giúp xóa nhòa ranh giới giữa game và phim điện ảnh:

Phản xạ thời gian thực (Ray Traced Reflections) 

Đây là sự khác biệt dễ nhận thấy nhất. Ray Tracing bao quát toàn bộ không gian 3D, cho phép tái tạo hình ảnh phản chiếu trên kính, nước hay kim loại với độ chính xác tuyệt đối. Nó phản chiếu được cả những vật thể bị che khuất hoặc nằm ngoài góc nhìn camera, tạo nên sự liền mạch mà công nghệ Screen Space Reflections trước đây không thể làm được.

Đổ bóng vật lý (Ray Traced Shadows) 

Công nghệ này mô phỏng chính xác hướng và cường độ nguồn sáng để tạo ra bóng đổ tự nhiên. Thay vì những mảng bóng đen kịt và sắc cạnh, Ray Tracing tạo ra hiệu ứng bóng mềm với phần rìa mờ dần khi kéo dài ra xa vật thể. Điều này giúp khắc phục triệt để tình trạng bóng đổ cứng nhắc và thiếu tự nhiên của công nghệ cũ.

Chiếu sáng toàn cầu (Ray Traced Global Illumination) 

Được coi là nền tảng cốt lõi của đồ họa chân thực, công nghệ này tính toán cách ánh sáng nảy bật từ bề mặt này sang bề mặt khác. Ví dụ, ánh sáng mặt trời chiếu xuống thảm đỏ sẽ hắt nhẹ sắc đỏ lên bức tường trắng bên cạnh. Global Illumination giúp gắn kết toàn bộ khung cảnh thành một khối thống nhất, tạo nên tông màu hài hòa như mắt người nhìn thấy thực tế.

Đổ bóng môi trường (Ray Traced Ambient Occlusion) 

Đây là hiệu ứng tinh tế giúp tạo khối cho vật thể. Thuật toán sẽ tính toán mức độ tiếp xúc ánh sáng tại các khu vực hẹp như góc tường, khe cửa hay nếp gấp quần áo để làm tối chúng đi một cách tự nhiên. Ambient Occlusion giúp vật thể trở nên vững chãi, tách bạch rõ ràng với nền và loại bỏ hoàn toàn cảm giác vật thể bị lơ lửng thiếu liên kết.

Khúc xạ và Tụ quang (Ray Traced Refraction & Caustics) 

Đây là nhóm hiệu ứng phức tạp nhất, thường thấy ở các vật liệu trong suốt như thủy tinh hay mặt nước:

• Khúc xạ: Mô phỏng sự bẻ cong của ánh sáng khi đi qua ly nước hoặc cửa kính dày, làm hình ảnh phía sau bị biến dạng đúng theo quy luật vật lý.
• Tụ quang: Là hiện tượng ánh sáng hội tụ lại thành các vệt sáng lấp lánh như dưới đáy hồ bơi hoặc ánh sáng xuyên qua ly rượu. Ray Tracing tái tạo hoàn hảo vẻ đẹp lung linh này trong thời gian thực, giúp các khung cảnh chứa vật liệu trong suốt trở nên sống động và sắc sảo hơn.

4. Các dòng card đồ họa hỗ trợ Ray Tracing 

Để trải nghiệm công nghệ dò tia mượt mà ở độ phân giải cao, hệ thống máy tính cần được trang bị các GPU có nhân xử lý phần cứng chuyên biệt thế hệ mới. Dưới đây là những giải pháp hàng đầu đang có mặt tại CNTTShop:

NVIDIA GeForce RTX 40 Series: Lựa chọn cân bằng hoàn hảo giữa hiệu năng và giá thành ở thời điểm hiện tại (gồm RTX 4070 Super, 4080...).

NVIDIA GeForce RTX 50 Series: Dòng card flagship sử dụng kiến trúc Blackwell mới nhất, dành cho game thủ và nhà sáng tạo nội dung, mang lại hiệu suất Ray Tracing vượt trội.

>> Tham khảo các sản phẩm thuộc RTX 50 Series đang bán chạy tại CNTTShop:

• [NVIDIA GeForce RTX 5060]
• [NVIDIA GeForce RTX 5070]
• [NVIDIA GeForce RTX 5080]
• [Zotac Gaming GeForce RTX 5090]

NVIDIA RTX Professional (Kiến trúc Blackwell & Ada Lovelace): Đây là dòng card đồ họa chuyên dụng tối thượng cho môi trường doanh nghiệp. Khác với dòng Gaming, các mã RTX Professional được trang bị bộ nhớ VRAM ECC khổng lồ lên tới 48GB-96GB để xử lý các cảnh Ray Tracing phức tạp mà không bị tràn bộ nhớ

>> Xem ngay các mã RTX Professional chuyên dụng có sẵn hàng tại đây.

5. Ray Tracing đã hồi sinh những tựa game huyền thoại như thế nào?

Không chỉ là công nghệ độc quyền của các bom tấn AAA hiện đại, Ray Tracing còn tạo ra xu hướng đầy thú vị, đó là Remaster (Làm mới) các tựa game cổ điển.

Nhờ nền tảng NVIDIA RTX Remix, cộng đồng modder đang khoác lên những tượng đài tuổi thơ một diện mạo hoàn toàn mới. Sự kết hợp giữa lối chơi kinh điển và công nghệ Ray Tracing tạo nên trải nghiệm thị giác độc đáo: Vừa hoài niệm, vừa choáng ngợp.

Quake II RTX

Quake II, một tựa game kinh điển từ năm 1997 đã được lột xác hoàn toàn về hình ảnh bằng cách tích hợp công nghệ Ray Tracing thời gian thực qua dự án Q2VKPT. 

Đây là dự án đầu tiên thành công trong việc gói gọn toàn bộ quy trình xử lý ánh sáng phức tạp vào một môi trường giả lập. Mục tiêu của nó là tái tạo ánh sáng đời thực nhất có thể, khiến game thủ cảm thấy như đang bước vào một không gian sống động chứ không còn là những mô hình 3D khô khan. Dù giữ nguyên mô hình nhân vật góc cạnh của thập niên 90, nhưng hệ thống chiếu sáng động đã biến Quake II thành trải nghiệm Retro-futurism độc đáo. Mọi phát đạn Blaster bắn ra đều là một nguồn sáng chuyển động, tương tác thời gian thực với môi trường tối tăm xung quanh.

MineCraft RTX

Từ thế giới của những khối vuông thô sơ, Minecraft đã lột xác thành kỳ quan đồ họa nhờ kết hợp Ray Tracing cùng gói vật liệu vật lý (PBR Textures) để tạo nên một thế giới ảo lung linh.

Ánh nắng xuyên qua khung cửa sổ có độ toả sáng thực tế, mặt nước phản chiếu bầu trời và đặc biệt là khả năng chiếu sáng toàn cầu, giúp màu từ ánh sáng mặt trời, dung nham hay đá phát sáng nảy bật lên môi trường xung quanh cực kỳ sống động.

Half-Life 2 RTX

Dự án kỷ niệm 20 năm của Valve đã được cộng đồng phát triển với sự hậu thuẫn từ NVIDIA. Đây là dự án phô diễn sức mạnh của công nghệ DLSS và Ray Reconstruction.

Thành phố City 17 u ám nay trở nên chân thực đến ám ảnh. Bóng đổ sắc nét từ lính Combine, ánh sáng phản chiếu trên khẩu súng Gravity Gun và hiệu ứng cháy nổ được tái tạo bằng Full Ray Tracing, mang lại cảm giác vừa quen thuộc vừa mới lạ cho fan hâm mộ lâu đời của tựa game này.

Portal with RTX

Môi trường phòng thí nghiệm với nhiều bề mặt kim loại và kính của Portal là sân khấu hoàn hảo để Ray Tracing phô diễn khả năng xử lý phản xạ.

Portal RTX khác biệt hoàn toàn với Portal đồ họa gốc từ năm 2007, nhờ tích hợp công nghệ Full Ray Tracing, ánh sáng có thể đi xuyên qua các cổng không gian (Portals) một cách chuẩn vật lý. Bạn có thể nhìn thấy ánh sáng từ phòng này chiếu sang phòng khác qua cổng, tạo nên những hiệu ứng thị giác mà công nghệ cũ không thể làm được.

Kết luận

Công nghệ Ray Tracing không còn là khái niệm của tương lai xa vời mà đã chính thức trở thành chuẩn mực hiển thị mới của ngành công nghiệp kỹ thuật số. Từ những tựa game bom tấn cho đến các bản dựng kiến trúc phức tạp, khả năng mô phỏng ánh sáng chân thực của kỹ thuật này đang giúp xóa nhòa hoàn toàn ranh giới giữa thế giới thực và ảo.

Với sự hậu thuẫn mạnh mẽ từ các thế hệ phần cứng đột phá như NVIDIA RTX, đây chính là thời điểm lý tưởng để người dùng đầu tư nâng cấp hệ thống, sẵn sàng đắm mình trong kỷ nguyên đồ họa đỉnh cao đầy hứa hẹn hiện nay.