Vai trò của Global Illumination và Ambient Occlusion trong Đồ họa 3D

Ánh sáng chân thực là một trong những khía cạnh quan trọng nhất của việc tạo ra đồ họa 3D hấp dẫn và đẹp mắt. Việc đạt được sự tương tác chân thực giữa ánh sáng và bóng tối có thể phân biệt một bức tranh với hình ảnh thực trong trò chơi điện tử, phim ảnh do máy tính tạo ra (CGI) và hình ảnh trực quan kiến ​​trúc. Ambient Occlusion (AO) và Global Illumination (GI) là hai phương pháp quan trọng hỗ trợ cho tính chân thực này.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá cách GI và AO hoạt động, sự khác biệt của chúng và cách chúng bổ sung cho nhau trong kết xuất 3D. Hãy cùng tìm hiểu sâu hơn với iRender!

Một phương pháp chiếu sáng cơ bản được gọi là Global Illumination (GI), mô phỏng cách ánh sáng tương tác với các vật thể trong thế giới thực trong bối cảnh kỹ thuật số. Để tạo ra môi trường ảo giống thật hơn, GI cho phép ánh sáng phản xạ, khúc xạ và khuếch tán trên toàn cảnh.

Khi ánh sáng chiếu vào một bề mặt, một phần ánh sáng sẽ bị hấp thụ trong khi phần còn lại sẽ bị phản xạ, chiếu sáng các bề mặt gần đó.

Quá trình này tạo ra các hiệu ứng như loang màu (màu sắc từ một vật thể phản chiếu sang vật thể khác) và bóng mờ (do ánh sáng gián tiếp gây ra).

• Ánh sáng mặt trời trong phòng: Khi ánh sáng mặt trời chiếu qua cửa sổ, nó không chỉ chiếu sáng trực tiếp sàn nhà; nó còn phản xạ từ tường, đồ nội thất và các bề mặt khác, chiếu sáng nhẹ nhàng toàn bộ căn phòng.
• Phản xạ màu trên tường: Nếu bạn đặt một vật màu đỏ gần một bức tường màu trắng, bạn có thể nhận thấy một chút màu đỏ nhạt trên tường. Điều này xảy ra vì ánh sáng phản xạ từ vật màu đỏ và mang theo một số màu của vật đó.
• Bóng mờ dưới gốc cây: Vào một ngày nắng, bóng tối dưới gốc cây không hoàn toàn đen. Ánh sáng phản xạ từ mặt đất, lá cây và bầu trời, lấp đầy một số bóng tối bằng ánh sáng tự nhiên, dịu nhẹ.

• Độ tán xạ: Tính toán phản xạ khuếch tán bằng cách chia một cảnh thành các phần tử nhỏ hơn và phân phối năng lượng ánh sáng.
• Ánh xạ photon: Phương pháp này mô phỏng hành trình của các photon (hạt ánh sáng) qua một cảnh. Được phát ra từ các nguồn sáng, các photon phản xạ xung quanh và tương tác với các bề mặt.
• Ray Tracing (Dò tia): Chiếu tia từ camera để mô phỏng ánh sáng phản chiếu một cách chân thực.

Ambient Occlusion (AO) là một kỹ thuật tạo bóng giúp tăng cường độ tương phản và độ sâu bằng cách làm tối các khu vực bị chặn ánh sáng xung quanh, chẳng hạn như các khe hở và giao điểm của vật thể. Không giống như GI, AO không mô phỏng hành vi ánh sáng thực nhưng giúp tạo ra nhận thức chân thực hơn về độ sâu.

AO tính toán lượng ánh sáng xung quanh chiếu tới bề mặt. Các khu vực trong không gian chật hẹp nhận được ít ánh sáng hơn và trông tối hơn.

Hiệu ứng này cải thiện tính chân thực bằng cách thêm bóng mờ tinh tế vào các khu vực bị che khuất.

• Góc phòng: Trong phòng có ánh sáng tự nhiên, góc hai bức tường giao nhau thường tối hơn giữa các bức tường vì ít ánh sáng gián tiếp chiếu tới những khu vực này.
• Bên dưới đồ nội thất: Khu vực bên dưới bàn hoặc ghế sofa thường tối hơn xung quanh, ngay cả trong phòng có ánh sáng tốt.
• Nếp gấp trên vải và quần áo: Trong đời thực, nếp gấp trên áo sơ mi hoặc nếp gấp trên rèm cửa có vẻ tối hơn vì chúng giữ lại ánh sáng xung quanh. AO làm nổi bật những chi tiết nhỏ này trong mô hình nhân vật và mô phỏng vải.

• Screen Space Ambient Occlusion (SSAO): Sử dụng dữ liệu bộ đệm độ sâu để ước tính AO theo thời gian thực.
• Ray-Traced Ambient Occlusion (RTAO): Sử dụng ray tracing để tính toán AO chính xác hơn.

• Cả hai kỹ thuật này đều được sử dụng để tăng cường tính chân thực và tạo cảm giác tự nhiên về ánh sáng trong cảnh 3D. Nếu không có AO hoặc GI, cảnh sẽ trông phẳng và thiếu chiều sâu.
• Cả hai đều ảnh hưởng đến bóng đổ. AO giúp làm tối các vùng bị che khuất để tạo bóng đổ cục bộ mềm mại, còn GI cho phép xử lý ánh sáng gián tiếp, tạo ra bóng đổ mềm mại tự nhiên hơn.
• Kết hợp chúng để có hiệu ứng tốt hơn. AO không thay thế GI nhưng có thể được sử dụng như một phương pháp bổ sung để tăng cường độ tương phản.

Mặc dù cả hai đều cải thiện tính chân thực trong đồ họa 3D, Ambient Occlusion (AO) và Global Illumination (GI) có những công dụng khác nhau. Bằng cách tính toán độ phản xạ ánh sáng gián tiếp, GI tái tạo ánh sáng trong thế giới thực, tạo ra màu sắc chính xác và bóng đổ mềm mại, sống động như thật. Mặt khác, AO cải thiện khả năng đổ bóng bằng cách làm tối các vùng như góc và nếp gấp nơi ánh sáng bị cản trở, thay vì bắt chước ánh sáng thực.

Trong khi AO nhẹ và thường được sử dụng trong các trò chơi và mô hình 3D nhẹ để tạo chiều sâu mà không phải chịu chi phí tính toán quá mức thì độ phức tạp của GI lại có tác động đáng kể đến hiệu suất, khiến nó trở nên hoàn hảo cho phim ảnh, hình ảnh kiến ​​trúc và trò chơi AAA.

Global Illumination (GI) mô phỏng cách ánh sáng phản chiếu trên bề mặt, tạo ra ánh sáng tự nhiên, mềm mại, phản ứng động với môi trường. Kỹ thuật này tăng cường tính chân thực bằng cách nắm bắt ánh sáng gián tiếp chiếu sáng các khu vực có bóng tối, giống như cách ánh sáng hoạt động trong thế giới thực.

Mặt khác, Ambient Occlusion (AO) là phương pháp tạo bóng làm tối các khu vực mà ánh sáng khó chiếu tới, chẳng hạn như góc, khe hở và bên dưới các vật thể. Mặc dù không mô phỏng ánh sáng phản chiếu, AO giúp tăng cường nhận thức về chiều sâu bằng cách nhấn mạnh vào các bóng mờ mềm mại ở các khu vực bị che khuất.

Cả Global Illumination và Ambient Occlusion đều đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các cảnh 3D chân thực. Trong khi GI rất cần thiết để mô phỏng hành vi của ánh sáng, AO là một bổ sung có giá trị để tăng cường bóng tối và chiều sâu. Sự kết hợp của cả hai kỹ thuật – đặc biệt là với khả năng tăng tốc GPU hiện đại – cho phép tạo ra hình ảnh cực kỳ sống động trong trò chơi và CGI.

Cả Global Illumination (GI) và Ambient Occlusion (AO) đều đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra hình ảnh chân thực trong đồ họa 3D. Mặc dù có sự khác biệt về chức năng, hai kỹ thuật này thường được sử dụng cùng nhau để tối ưu hóa chất lượng hình ảnh đồng thời đảm bảo hiệu suất. Tuy nhiên, việc tính toán GI và AO, đặc biệt là khi sử dụng Path Tracing hoặc Ray-Traced AO, đòi hỏi phần cứng mạnh mẽ với hiệu suất xử lý cao. Đây chính là lúc iRender trở thành giải pháp lý tưởng. Với hệ thống GPU mạnh mẽ trên nền tảng điện toán đám mây, iRender giúp các nghệ sĩ 3D, kiến ​​trúc sư và nhà phát triển trò chơi dựng hình nhanh hơn, tối ưu hóa thời gian và chi phí.

Hầu hết các phần mềm đồ họa 3D hiện nay đều hỗ trợ AO và GI như Blender, Maya, 3ds Max, Cinema 4D, Unreal Engine… iRender 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 ổ lưu trữ NVMe SSD 2TB. Với nhiều loại máy chủ GPU (1/2/4/6/8x) – RTX 4090, bạn có thể lựa chọn máy chủ phù hợp với nhu cầu của mình để bắt đầu quá trình dựng hình.

Không chỉ có cấu hình mạnh mẽ, iRender còn cung cấp cho bạn nhiều dịch vụ hơn. NVLink cho các cảnh lớn cần nhiều VRAM, hiện đã có trên gói 4N – dual RTX 3090 của chúng tôi. 

Công cụ truyền file miễn phí và tiện lợi iRender drive dành cho người dùng macOS và Linux. Đối với người dùng Windows, chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng ứng dụng GPU iRender, bạn sẽ không cần phải truy cập trang web của chúng tôi nữa. 

Giá tại iRender cũng rất linh hoạt với hình thức thuê theo giờ (trả tiền khi sử dụng), thuê theo ngày/tuần/tháng với mức giảm giá 10-20%. Ngoài ra, bạn sẽ được đội ngũ hỗ trợ 24/7 của chúng tôi giúp đỡ bất cứ khi nào bạn gặp sự cố với dịch vụ.

Cùng xem một vài video của chúng tôi khi test tốc độ kết xuấtvới Unreal Engine 5, Cycles và Redshift!

Nếu bạn có bất kỳ vấn đề hoặc câu hỏi nào, đừng ngần ngại liên hệ với nhóm hỗ trợ 24/7. Chúng tôi luôn sẵn lòng trợ giúp bạn với giải đáp mọi thắc mắc.

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) 915875500 hay Email: [email protected]

iRender – Happy Rendering!