Skip to content Skip to sidebar Skip to footer

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"