Mở khóa tính chân thực với Kết xuất dựa trên vật lý

Trong bài đăng này, chúng ta sẽ đi sâu vào khái niệm Kết xuất dựa trên vật lý (PBR), tầm quan trọng của nó và cách nó trở thành nền tảng trong việc tạo ra nội dung kỹ thuật số chân thực và ấn tượng về mặt hình ảnh. 

Kết xuất dựa trên vật lý (PBR) là một tập hợp các phương pháp để làm cho các vật thể 3D được kết xuất từ ​​máy tính trở nên chân thực hơn. Nó sử dụng các thuật toán dựa trên các công thức chính xác về mặt vật lý để sao chép các vật liệu trong thế giới thực, tạo ra môi trường gắn kết và chân thực như ảnh. Nhờ PBR, ngày nay chúng ta có thể thấy rằng các hiệu ứng trong trò chơi trông không khác gì thực tế.

Việc đổ bóng dựa trên vật lý là tối quan trọng trong PBR, vì nó bao gồm việc mô phỏng tương tác ánh sáng với bề mặt để đạt được kết xuất vật liệu thực tế. Bằng cách sử dụng nhiều shader khác nhau, bao gồm shader đỉnh và shader mảnh, PBR hướng đến mục tiêu sao chép chính xác hành vi phức tạp của tia sáng và bề mặt xung quanh nó, do đó tăng cường độ trung thực và tính xác thực của vật liệu được kết xuất.

Các shader này đóng vai trò quan trọng trong việc tính toán phản xạ, khúc xạ và hấp thụ các bước sóng khác nhau của ánh sáng đi vào, bao gồm cả ánh sáng phản xạ. Điều này góp phần vào việc miêu tả vật liệu sống động và chân thực trong các cảnh được kết xuất bằng PBR.

Khi ánh sáng chiếu vào ranh giới bề mặt, một phần ánh sáng sẽ phản xạ – tức là bật ra – khỏi bề mặt và đi theo hướng vuông góc với mặt đối diện của bề mặt, giống với một quả bóng ném xuống đất hoặc tường – nó sẽ bật ra ở góc đối diện.

Một trong những thành phần chính của PBR là phản xạ, đặc trưng cho cách vật liệu phản xạ nguồn sáng. Nó chi phối hành vi bề mặt phản xạ, chỉ thị cách ánh sáng tương tác với vật liệu để tạo ra các điểm sáng chân thực, phản xạ gương và ánh sáng khúc xạ, tăng thêm chiều sâu và tính chân thực cho hình ảnh được kết xuất.

Trong phản xạ gương, khi ánh sáng chiếu vào các bề mặt thực sự nhẵn, chúng ta có thể dễ dàng hiểu cách ánh sáng hoạt động bằng cách sử dụng hai mô hình: quang học vật lý và quang học hình học. Các bề mặt này phản xạ và truyền ánh sáng hoàn hảo, nghĩa là tất cả ánh sáng đi theo một hướng. Khi ánh sáng phản xạ khỏi các bề mặt này, nó sẽ bật ra theo cách mà góc mà nó tạo ra với bề mặt bằng với góc mà nó đi vào.

Trong một số trường hợp, sự khuếch tán phức tạp hơn – trong các vật liệu có khoảng cách tán xạ rộng hơn, chẳng hạn như da hoặc sáp. Trong những trường hợp này, một màu đơn giản thường không đủ, và hệ thống tạo bóng phải tính đến hình dạng và độ dày của vật thể được chiếu sáng. Nếu chúng đủ mỏng, những vật thể như vậy thường thấy ánh sáng tán xạ ra phía sau và sau đó có thể được gọi là mờ.

Nếu sự khuếch tán thậm chí còn thấp hơn nữa (ví dụ như kính) thì hầu như không có sự tán xạ nào cả và toàn bộ hình ảnh có thể đi qua vật thể từ bên này sang bên kia mà không bị ảnh hưởng. Những hành vi này đủ khác biệt so với sự khuếch tán “gần bề mặt” thông thường nên thường cần các trình đổ bóng độc đáo để mô phỏng chúng.

Duy trì sự bảo toàn năng lượng là một thành phần quan trọng của việc tạo bóng dựa trên vật lý. Nó cho phép các nghệ sĩ điều chỉnh độ phản xạ và giá trị phản xạ cho các vật liệu mà không vô tình vi phạm các định luật vật lý, điều này thường dẫn đến hình ảnh không hấp dẫn. Mặc dù không nhất thiết phải áp dụng những hạn chế này trong mã để tạo ra tác phẩm nghệ thuật đẹp mắt, nhưng việc này đóng vai trò đảm bảo tác phẩm nghệ thuật vẫn nhất quán và không vượt quá các quy tắc trong điều kiện ánh sáng khác nhau.

Các vật liệu dẫn điện, đặc biệt là kim loại, đáng được đề cập đặc biệt vì một số lý do.

Đầu tiên, chúng phản xạ nhiều hơn đáng kể so với chất cách điện, với độ phản xạ từ 60-90%, mang lại cho kim loại vẻ ngoài sáng bóng đặc trưng. Mặt khác, chất cách điện thường có độ phản xạ trong khoảng 0-20%.

Thứ hai, độ phản xạ của chất dẫn điện có thể thay đổi trên toàn bộ quang phổ khả kiến, khiến phản xạ của chúng có màu. Hiện tượng này, mặc dù hiếm, có thể được quan sát thấy ở các vật liệu như vàng, đồng và đồng thau. Chất cách điện thường không biểu hiện hiệu ứng này và phản xạ của chúng vẫn không có màu.

Cuối cùng, chất dẫn điện có xu hướng hấp thụ thay vì tán xạ ánh sáng xuyên qua bề mặt của chúng, dẫn đến ánh sáng khuếch tán tối thiểu. Tuy nhiên, oxit bề mặt hoặc cặn trên kim loại có thể tán xạ một lượng nhỏ ánh sáng. Hành vi độc đáo này của kim loại đã khiến một số hệ thống kết xuất áp dụng “tính kim loại” làm đầu vào trực tiếp, cho phép các nghệ sĩ chỉ định mức độ mà vật liệu hoạt động giống như kim loại, giúp đơn giản hóa việc tạo ra các vật liệu thực tế.

Hiệu ứng Fresnel, được đặt theo tên nhà vật lý người Pháp Augustin-Jean Fresnel, mô tả cách ánh sáng phản xạ khỏi bề mặt ở nhiều góc độ khác nhau. Khi ánh sáng chiếu vào bề mặt ở góc nông (góc lướt), nhiều ánh sáng hơn sẽ phản xạ, khiến bề mặt sáng hơn. Ngược lại, khi ánh sáng chiếu vào bề mặt ở góc dốc hơn (gần vuông góc), ít ánh sáng hơn sẽ phản xạ, khiến bề mặt trông xỉn màu hơn.

Hiện tượng này đặc biệt quan trọng trong các lĩnh vực như quang học, đồ họa máy tính và nhiếp ảnh, vì nó giúp tạo ra hình ảnh chân thực của các vật liệu như nước, thủy tinh và kim loại. Bằng cách hiểu và áp dụng hiệu ứng Fresnel, các nghệ sĩ và nhà khoa học có thể đạt được sự thể hiện chính xác hơn về cách ánh sáng tương tác với các bề mặt khác nhau.

• Kết xuất dựa trên vật lý (PBR) mang lại nhiều lợi ích, bao gồm hình ảnh chân thực được tạo ra, kết cấu phức tạp và ánh sáng chân thực, nâng cao chất lượng và độ trung thực về mặt hình ảnh của các cảnh được kết xuất.
• PBR cho phép tạo ra hình ảnh gần giống với hình ảnh thực tế, góp phần nâng cao mức độ đắm chìm và chân thực. Việc sử dụng các tia sáng khả kiến ​​và bề mặt bình thường trong PBR góp phần mô phỏng chính xác các hiệu ứng ánh sáng trong thế giới thực.
• PBR tạo điều kiện cho quy trình làm việc bền vững, thúc đẩy việc tạo ra tác phẩm nghệ thuật nhất quán trong khi hợp lý hóa các quy trình sản xuất, cuối cùng là giảm thời gian sản xuất và nâng cao hiệu quả.
• Điều này bao gồm mô phỏng chính xác ánh sáng cuối cùng phản xạ và ánh sáng tán xạ trên nhiều bề mặt khác nhau, chẳng hạn như bề mặt nhẵn và nhám tương tác với ánh sáng khuếch tán một cách thực tế.

Kết xuất dựa trên vật lý (PBR) đã ảnh hưởng đáng kể đến nhiều lĩnh vực, bao gồm hình ảnh kiến ​​trúc, trò chơi điện tử, thực tế ảo (VR) và thực tế tăng cường (AR), phim và hoạt hình, cũng như thiết kế sản phẩm và quảng cáo.

• • • Hình ảnh kiến ​​trúc: PBR đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra hình ảnh chân thực về thiết kế và môi trường kiến ​​trúc.
    • Trò chơi điện tử: Các kỹ thuật PBR được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp trò chơi để đạt được hình ảnh chân thực và sống động.
    • Thực tế ảo (VR) và Thực tế tăng cường (AR): PBR góp phần tạo nên tính chân thực của trải nghiệm hình ảnh trong các ứng dụng VR và AR.
    • Phim và hoạt hình: Trong ngành công nghiệp phim và hoạt hình, PBR được sử dụng để tạo ra các hiệu ứng đặc biệt có độ chân thực cao và hình ảnh do máy tính tạo ra (CGI). Nó cho phép tích hợp liền mạch CGI với cảnh quay hành động trực tiếp, làm cho các cảnh kỳ ảo trở nên đáng tin cậy.
    • Thiết kế sản phẩm và quảng cáo: PBR được sử dụng để tạo ra hình ảnh sản phẩm chân thực và các tài liệu quảng cáo hấp dẫn.

Trong kết xuất dựa trên vật lý (PBR), việc tạo ra hình ảnh chân thực đòi hỏi sức mạnh tính toán khổng lồ và phần cứng đồ họa tiên tiến. Hãy đến với iRender, một nền tảng kết xuất đám mây tiên tiến giúp các nghệ sĩ và nhà thiết kế có thể truy cập vào các máy chủ GPU hiệu suất cao. Với iRender, người dùng có thể khai thác sức mạnh của GPU NVIDIA hàng đầu, cho phép họ kết xuất các cảnh phức tạp với tốc độ và độ chính xác vô song. Sự tích hợp liền mạch của PBR với cơ sở hạ tầng mạnh mẽ của iRender không chỉ đẩy nhanh quá trình kết xuất mà còn đảm bảo rằng mọi chi tiết phức tạp đều được ghi lại với độ chân thực đáng kinh ngạc.

iRender cung cấp các máy chủ cấu hình cao giúp tăng tốc độ kết xuất CPU và GPU. Chúng tôi cung cấp các gói cấu hình RTX 4090 mạnh mẽ nhất trên thị trường, tất cả đều được trang bị bộ xử lý AMD RyzenTM ThreadripperTM PRO 3955WX @ 3,9 – 4,2GHz và AMD Ryzen™ Threadripper™ PRO 5975WX @ 3,6 – 4,5GHz, RAM 256GB và dung lượng ổ cứng SSD NVMe 2T. Với nhiều loại máy chủ GPU (1/2/4/6/8x) – RTX 4090, bạn có thể chọn máy chủ phù hợp với nhu cầu của mình để bắt đầu quá trình kết xuất.

ĐĂNG KÝ NGAY để được nhận ưu đãi 100% cho khoản nạp đầu tiên trong vòng 24 giờ kể từ khi đăng ký cùng nhiều ưu đãi hấp dẫn khác chúng tôi.

Để biết thêm thông tin chi tiết, xin vui lòng liên hệ với chúng tôi qua Live chat 24/7 hoặc Zalo:  +(84) 378606088 hay Email: [email protected]

iRender – Happy Rendering!

Nguồn tham khảo: chaos.com, marmoset.co