Ray Tracing dan Bagaimana Teknologi Ini Bekerja
Sejak Nvidia mengumumkan seri terbaru kartu
grafisnya yang bernama Nvidia RTX pada ajang Gamescom di tahun 2018. Banyak
orang terlebih lagi para gamer tercuri perhatiannya karena teknologi Ray
Tracing yang disematkan Nvidia dalam seri terbaru kartu grafisnya. Dalam
artikel ini, kita akan membahas apa itu teknologi Ray Tracing dan bagaimana
cara kerja teknologi tersebut.
Ray Tracing
Ray Tracing adalah teknologi rendering modern yang
mampu menampilkan sinar cahaya dalam suatu objek grafis sehingga terkesan lebih
realistis. Teknologi ini mempengaruhi tiga aspek yang terdapat dalam objek grafis, yakni :
bayangan, refleksi, dan refraksi. Ringkasnya, teknologi ini bekerja dengan cara
mensimulasikan sinar cahaya menggunakan algoritma untuk memperhitungkan jejak
yang akan dilalui oleh sinar cahaya seperti halnya cahaya di dunia nyata.
Teknologi ini sudah mulai muncul dalam sejak tahun
1960-an. Dalam industri perfilman, Compleat Angler (1979) yang diproduksi oleh
Turner Whitted (seorang insinyur di Bell Labs) merupakan film pertama yang
menerapkan teknologi ini. Tetapi, penerapannya belum 100% karena tenaga
komputasi yang ada di masa itu masih belum cukup memadai.
Agar dapat menerapkan teknologi Ray Tracing ini
tentu dibutuhkan tenaga komputasi yang sangat besar. Hal ini dikarenakan sinar
cahaya tidak hanya terdiri dari satu garis pantulan saja, melainkan terdiri
dari jutaan atau bahkan triliunan garis pantulan. Proses agar dapat menampilkan
triliunan pantulan dan pergerakan cahaya inilah yang menjadi penyebabnya. Oleh
sebab itu, dibutuhkan tenaga komputasi super yang tentunya juga sangat mahal.
Baru pada tahun 2013, film Monster University yang
diproduksi oleh Pixar akhirnya mampu menerapkan teknologi ini pada semua efek
cahaya dan bayangan. Dan sekarang kita sudah sering melihat hasil dari
penerapan teknologi ini dalam film-film besar yang menggunakan CGI, seperti
misalnya film animasi produksi Pixar dan Disney, atau film-film superhero yang
di produksi oleh Marvel Cinematic Universe (MCU) dan DC Extended Universe
(DCEU).
Lantas bagaimana cara kerja teknologi Ray Tracing ini sehingga dapat membuat objek grafis menjadi lebih realistis?
Cara Ray Tracing
Bekerja
Cara kerja dari ray tracing sebenarnya sudah lama
dicetuskan oleh Arthur Appel pada tahun 1968. Ide dari Appel tersebut dapat
Anda lihat melalui ilustrasi berikut :
Ray tracing bekerja dengan mengikuti jejak dari mata
pengamat/ kamera (Rays from the eye) melalui pixel-pixel dalam suatu layar.
Layar ini berbentuk bidang datar dan tegak lurus dengan arah mata pengamat/
kamera. Selanjutnya komputer akan memperhitungkan warna dari objek yang
terlihat melalui pixel pada layar tadi.
Pada ilustrasi di atas, Anda akan melihat tanda
panah atas (view ray) mengenai bola lalu dipantulkan ke sumber cahaya. Karena
mengenai sumber cahaya, maka warna dari bola tersebut dapat Anda lihat.
Sebaliknya, pantulan tanda panah pada bagian bawah (shadow ray) tertutup oleh
bola sehingga terbentuk bayangan.
Meskipun Appel sudah menjelaskan idenya mengenai cara kerja Ray Tracing, penggunaan sinar (ray) dalam membentuk gambar objek mengalami perkembangan. Ada 3 teori yang menjelaskan cara sinar dapat menggambarkan suatu objek yang dikenainya.
1. Classical ray tracing
Ide pertama adalah Classical Ray Tracing yang
dicetuskan pada tahun 1980. Berikut ilustrasi ray tracing dari teori tersebut.
Classical Ray Tracing menekankan 2 hal dalam
penerapannya, yaitu refleksi (pemantulan) dan refraksi (pembiasan) dari sinar
(ray). Dari mata pengamat, sinar akan disorotkan ke objek. Pada titik di mana
sinar mengenai objek, sinar akan dilanjutkan lagi menuju ke sumber cahaya.
Inilah yang kemudian menentukan apakah objek akan menampilkan warna (sinar ke
sumber cahaya tidak terhalang apapun) atau membentuk bayangan (sinar ke sumber
cahaya terhalang oleh suatu objek). Selanjutnya, di titik yang sama sinar akan
dipantulkan dan dibiaskan. Kedua hal ini bergantung pada tekstur permukaan
benda.
Pada ilustrasi di atas ketika sinar mengenai kaca
untuk pertama kalinya, cahaya dipantulkan ke bawah sekaligus di biaskan ke sisi
kaca yang lainnya. Sinar juga disorotkan ke sumber cahaya tanpa ada halangan
apapun, sehingga bagian depan kaca dapat terlihat jelas. Hal lain yang perlu
Kita lihat adalah sinar yang dipantulkan oleh “diffuse box” menuju ke sumber cahaya. Sinar tersebut tidak sampai
ke sumber cahaya karena terhalang oleh sebuah objek. Terhalangnya sinar ini
akan memberikan bayangan pada objek “diffuse
box” tersebut.
2. Distributed Ray Tracing
Selanjutnya, muncul teori Distribusi oleh Cook
Stochastic pada tahun 1984. Perbedaan teori Distribusi ini dengan Classical Ray
Tracing hanyalah jumlah sinar (ray) yang disorotkan ke objek.
Dasar dari Teori Distribusi ini adalah menembakkan sejumlah
sinar (ray) pada objek yang sama. Dengan demikian, kita dapat melihat lebih
detail permukaan suatu benda serta memungkinkan efek motion blur.
Pada ilustrasi di atas, Kita bisa melihat bahwa
objek disorot dengan 3 sinar (ray) yang kemudian dipantulkan ke arah sumber
cahaya. Satu dari 3 sinar (ray) tersebut terhalang oleh objek lainnya,
sedangkan yang lainnya tidak. Dari sini kita bisa memperkirakan bahwa objek
tersebut memiliki efek bayangan yang halus. Keuntungan dari teori Distribusi
ini adalah kualitas tekstur dan warna yang lebih baik. Akan tetapi semakin
banyak sinar (ray) yang digunakan dalam Ray Tracing semakin besar pula
kemampuan perangkat keras komputer yang dibutuhkan.
3. Path Tracing
Dua tahun setelah Stochastic mencetuskan idenya,
mucul teori “Kajiya-Style Diffuse Interreflection” oleh James Kajiya. Metode
yang dimiliki oleh Kajiya ini sering juga dikenal dengan “Path Tracing”. Teori
dari James ini diilustrasikan sebagai berikut.
Dengan metode Kajiya ini, sinar (ray) akan ditembakkan
ke titik-titik yang berdekatan pada suatu objek. Karena setiap sinar (ray) akan
memantul ke arah yang berbeda, maka hasil yang diperoleh juga berbeda (ada yang
terkena cahaya dan ada yang membentuk bayangan). Setiap lokasi titik-titik yang
disorot cahaya tadi disimpan sebagai sampel pixel (kotak di sebelah kiri mata
pengamat pada ilustrasi). Dari data pada kotak pixel tadi, komputer dapat
memperhitungkan warna, tekstur, dan bayangan dengan tepat pada suatu objek
tanpa harus menggunakan semua sinar (ray) pada ruangan/ area tersebut.
Post a Comment for "Ray Tracing dan Bagaimana Teknologi Ini Bekerja"