Trong lĩnh vực thiết kế 3D, thuật ngữ Real-time Rendering (kết xuất thời gian thực) có thể được hiểu theo nhiều cách khác nhau. Chẳng hạn, một số phần mềm cho phép hình ảnh trong viewport cập nhật ngay khi người thiết kế điều chỉnh vật liệu, trong khi những nền tảng khác hỗ trợ người dùng tương tác và xoay mô hình 3D trực tiếp trên điện thoại.

Mặc dù cùng sử dụng công nghệ kết xuất thời gian thực, hai trường hợp này có yêu cầu khác nhau về hiệu năng, khả năng tối ưu hóa và phần cứng. Việc phân biệt rõ mục đích sử dụng sẽ giúp xác định đúng yêu cầu kỹ thuật, nguồn lực và tiến độ triển khai dự án.

Real-time 3D Rendering là gì?

Real-time 3D Rendering là phương pháp kết xuất hình ảnh đủ nhanh để cập nhật cảnh 3D ngay trong quá trình người dùng tương tác. Thay vì phải chờ vài phút hoặc vài giờ để có một hình ảnh hoàn chỉnh, người dùng có thể gần như tức thì quan sát sự thay đổi khi xoay camera, điều chỉnh vật liệu hoặc thay đổi ánh sáng.

Live Viewport và Deployed Real-time 

Trong các dự án thiết kế sản phẩm, Real-time Rendering thường được sử dụng theo hai hình thức với mục đích khác nhau.

Live Viewport là khung nhìn trực tiếp bên trong phần mềm thiết kế. Người dùng có thể theo dõi và đánh giá sự thay đổi của vật liệu, ánh sáng hoặc góc nhìn ngay trên máy trạm trong quá trình làm việc. Hình thức này chủ yếu phục vụ thiết kế và kiểm duyệt nội bộ.

Trong khi đó, Deployed Real-time là trải nghiệm tương tác được đưa lên các nền tảng bên ngoài, chẳng hạn như công cụ tùy chỉnh sản phẩm trên website, trải nghiệm thực tế tăng cường (AR) qua camera điện thoại hoặc mô phỏng thực tế ảo (VR). Những trải nghiệm này phải hoạt động trên thiết bị và kết nối Internet của người dùng, do đó cần đáp ứng yêu cầu về tốc độ tải và khả năng vận hành ổn định.

Một viewport hoạt động mượt mà trên máy trạm trang bị GPU RTX không đồng nghĩa mô hình 3D sẽ vận hành tốt trên laptop đã sử dụng nhiều năm hoặc điện thoại tầm trung. Đây cũng là nguyên nhân khiến nhiều dự án gặp khó khăn khi triển khai: mô hình có chất lượng hiển thị tốt trong quá trình đánh giá nội bộ nhưng lại hoạt động chậm trên trình duyệt di động.

Vì vậy, hai hình thức này cần được xem xét như những hạng mục riêng biệt, dù có thể sử dụng chung dữ liệu và công nghệ nền tảng.

Rasterization, Ray Tracing và AI Denoising: Cách Real-time Rendering hoạt động

Phần lớn công cụ kết xuất thời gian thực vẫn sử dụng Rasterization. Phương pháp này chuyển dữ liệu hình học của cảnh 3D thành không gian hiển thị 2D, sau đó xác định màu sắc cho từng pixel. Một số phép tính được đơn giản hóa nhằm ưu tiên tốc độ xử lý thay vì mô phỏng hoàn toàn chính xác các quy luật vật lý của ánh sáng.

Nhờ GPU được phát triển và tối ưu cho kỹ thuật này trong nhiều thập kỷ, Rasterization vẫn là phương pháp phổ biến để đạt tốc độ khung hình cao.

Trong khi đó, Ray Tracing mô phỏng đường đi và sự tương tác của ánh sáng trong không gian 3D. Trước đây, phương pháp này đòi hỏi nhiều tài nguyên tính toán nên khó đáp ứng nhu cầu tương tác tức thời. Tuy nhiên, các GPU hiện đại đã được trang bị phần cứng chuyên dụng giúp tăng tốc quá trình xử lý Ray Tracing.

Bên cạnh đó, AI Denoising và các kỹ thuật tái tạo hình ảnh giúp giảm lượng dữ liệu cần tính toán mà vẫn duy trì chất lượng hiển thị. Ví dụ, phần cứng NVIDIA RTX sử dụng RT Cores để tăng tốc Ray Tracing và Tensor Cores cho các tác vụ liên quan đến AI. Công nghệ DLSS cũng ứng dụng AI để nâng cấp độ phân giải hình ảnh: GPU có thể kết xuất ở độ phân giải nội bộ thấp hơn, sau đó tái tạo thành hình ảnh có độ phân giải đầu ra cao hơn nhằm cải thiện hiệu năng.

Đối với các trải nghiệm trực tuyến, quá trình kết xuất thường sử dụng API đồ họa của trình duyệt như WebGL hoặc WebGPU. Các framework như Three.js hỗ trợ quản lý cảnh 3D, camera và ánh sáng mà không cần lập trình đồ họa từ đầu.

Để mô hình hoạt động hiệu quả trên trình duyệt, dữ liệu CAD, hình học và texture cần được tối ưu trước khi triển khai. Các định dạng glTF và GLB thường được sử dụng để đóng gói dữ liệu này. Công nghệ nén Draco giúp giảm dung lượng tệp bằng cách tối ưu dữ liệu mesh. Ngoài ra, tiện ích mở rộng KHR_materials_variants của glTF cho phép lưu nhiều bộ vật liệu trong cùng một tệp, giúp người dùng chuyển đổi màu sắc hoặc lớp hoàn thiện sản phẩm mà không cần tải một mô hình riêng cho từng tùy chọn.

Hiện nay, nhiều công cụ Real-time Rendering kết hợp cả Rasterization và Ray Tracing. Trong đó, Rasterization đảm nhiệm tốc độ xử lý, còn Ray Tracing được bổ sung để cải thiện những hiệu ứng như phản xạ và đổ bóng mà Rasterization khó tái hiện chính xác.

Lợi ích của Real-time Rendering trong thiết kế sản phẩm

Một trong những lợi ích nổi bật của Real-time Rendering là rút ngắn thời gian chỉnh sửa và đánh giá thiết kế. Khi thay đổi vật liệu hoặc ánh sáng, người thiết kế có thể quan sát kết quả gần như ngay lập tức. Nhờ đó, quá trình trao đổi, nhận phản hồi và điều chỉnh phương án thiết kế được thực hiện nhanh hơn.

Ngoài môi trường làm việc nội bộ, công nghệ này còn hỗ trợ nhiều hình thức tương tác trực tiếp với khách hàng:

   •  Product Configurator: Cho phép người dùng thay đổi màu sắc, vật liệu hoặc lớp hoàn thiện sản phẩm ngay trên website thay vì chỉ xem các hình ảnh dựng sẵn.
   •  Công cụ bán hàng tương tác: Nhân viên kinh doanh có thể xoay, phóng to và giới thiệu mô hình 3D trên máy tính bảng trong quá trình tư vấn.
   •  AR (Augmented Reality): Cho phép đặt mô hình sản phẩm vào không gian thực thông qua camera điện thoại. Hình ảnh 3D được cập nhật theo chuyển động của camera, giúp người dùng hình dung sản phẩm trong môi trường sử dụng.

AR cũng đang được ứng dụng trong mua sắm trực tuyến. Theo một nghiên cứu tình huống do Shopify công bố, nhà bán lẻ sản phẩm dành cho thú cưng Gunner Kennels đã triển khai AR để khách hàng đặt thử mô hình chuồng chó 3D với kích thước thực vào không gian của mình trước khi mua. Sau đó, tỷ lệ hàng hoàn trả của doanh nghiệp giảm 5%.

Điều này cho thấy khả năng quan sát sản phẩm với kích thước thực có thể hỗ trợ khách hàng đánh giá mức độ phù hợp, đặc biệt đối với những sản phẩm khó xác định kích thước chỉ qua hình ảnh. Đây là yếu tố đáng chú ý trong bối cảnh tỷ lệ hoàn trả hàng mua trực tuyến vẫn ở mức cao. 

Những giới hạn kỹ thuật của Real-time Rendering

So với Offline Rendering, Real-time Rendering có giới hạn nhất định về chất lượng hình ảnh do phải đáp ứng tốc độ xử lý theo thời gian thực. Một khung hình ở tốc độ 60 fps chỉ có khoảng 16 mili giây để hoàn thành. Vì vậy, những hiệu ứng phức tạp như caustics (hiệu ứng hội tụ ánh sáng) hoặc các đặc tính phản xạ, khúc xạ tinh tế của vật liệu có thể không được tái hiện đầy đủ.

Khi triển khai trải nghiệm tương tác cho người dùng, mô hình 3D còn phải đáp ứng nhiều yêu cầu kỹ thuật khác:

Một mô hình CAD xuất trực tiếp từ phần mềm thiết kế có thể chứa hàng triệu triangles. Để sử dụng trên công cụ tùy chỉnh sản phẩm dành cho thiết bị di động, mô hình cần được giảm độ phức tạp hình học thông qua quá trình tối ưu hóa.

Với những chi tiết nhỏ như vân khía, đường may hoặc khe thông gió, việc giảm polygon cần được kiểm soát cẩn thận, đôi khi phải thực hiện thủ công. Các phương pháp tự động như Decimation có thể làm mất hoặc biến dạng những chi tiết mà người dùng cần quan sát.

Real-time Rendering trong quy trình thiết kế sản phẩm

Real-time Rendering có thể xuất hiện ở nhiều giai đoạn của quy trình thiết kế, nhưng mỗi giai đoạn lại có mục tiêu và yêu cầu riêng.

1. Nhập mô hình CAD và thiết lập cảnh 3D

Mô hình CAD được đưa vào phần mềm kết xuất để thiết lập cảnh, vật liệu và ánh sáng. Tại đây, Live Viewport cho phép người thiết kế quan sát kết quả trực tiếp trong quá trình thao tác.

2. Điều chỉnh và đánh giá vật liệu, ánh sáng

Người thiết kế thay đổi vật liệu, màu sắc, kết cấu bề mặt hoặc điều kiện ánh sáng để đánh giá phương án trực quan hơn. Công cụ KeyShot hỗ trợ hiển thị kết quả kết xuất trực tiếp trong viewport, phục vụ quá trình kiểm tra và đánh giá thiết kế.

3. Tối ưu hóa mô hình

Đây là bước quan trọng trước khi đưa mô hình lên các nền tảng tương tác. Dữ liệu cần được giảm polygon, xây dựng các cấp độ LOD, tối ưu texture và chuyển đổi sang định dạng phù hợp như glTF/GLB hoặc USDZ đối với các ứng dụng AR.

Nếu bỏ qua bước này, mô hình có thể tải chậm hoặc không vận hành ổn định trên thiết bị di động, dù đã hiển thị tốt trong quá trình đánh giá nội bộ.

4. Triển khai và kiểm tra trên nền tảng mục tiêu

Sau khi tối ưu, mô hình được tích hợp vào Product Configurator, AR Viewer hoặc trải nghiệm VR. Hiệu năng cần được kiểm tra trực tiếp trên các thiết bị và nền tảng dự kiến sử dụng để bảo đảm khả năng tương thích và vận hành ổn định.

Real-time và Offline Rendering nên được sử dụng khi nào?

Real-time Rendering phù hợp với các hoạt động cần tương tác và điều chỉnh liên tục, chẳng hạn như đánh giá thiết kế, thay đổi vật liệu hoặc xây dựng trải nghiệm 3D dành cho khách hàng.

Tuy nhiên, đối với hình ảnh chủ đạo phục vụ marketing hoặc hình ảnh tĩnh cần chất lượng cao để in ấn, Offline Rendering thường là lựa chọn phù hợp hơn. Phương pháp này không bị giới hạn bởi thời gian xử lý của từng khung hình, nhờ đó có thể tính toán chi tiết hơn các hiệu ứng phản xạ, ánh sáng và đặc tính vật liệu.

Trên thực tế, nhiều nhóm thiết kế 3D kết hợp cả hai phương pháp trong cùng một dự án: Real-time Rendering được sử dụng để đánh giá và tương tác trong quá trình thiết kế, còn Offline Rendering phục vụ việc tạo ra hình ảnh cuối cùng với độ phân giải và chất lượng cao.

Việc lựa chọn phương pháp kết xuất vì thế phụ thuộc vào mục đích sử dụng, yêu cầu chất lượng hình ảnh và nền tảng triển khai của từng dự án.

Nguồn: keyshot.com

Để biết thêm thông tin chi tiết và nhận nhiều ưu đãi lớn từ công ty Tân Đức, vui lòng liên hệ tại:
CÔNG TY CP PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT & THƯƠNG MẠI TÂN ĐỨC
103 Pasteur, Phường Sài Gòn, TP HCM
Phone: (028) 3822 0590 / 3829 2399 / 3822 9633
Fax: (028) 3829 7431