Hiện tượng motion blur ở mọi khoảng (2022)

Khảo cứu cực hạn về motion blur

• Quan sát và đưa ra ý tưởng về kết quả xảy ra khi áp dụng motion blur ở mức cực đoan.
• Motion blur trong phim hoặc video được dùng để giúp nhận thức hình ảnh gần với các cảnh tự nhiên hơn.
• Mục tiêu là giảm thiểu khác biệt giữa nhận thức chuyển động trong cảnh tự nhiên và nhận thức về cảnh được tái hiện trong video.

Nhận thức chuyển động trong cảnh tự nhiên

• Thị giác của con người bắt đầu khi ánh sáng chạm vào võng mạc và trải qua quá trình chuyển đổi quang năng.
• Quá trình chuyển đổi quang năng không diễn ra tức thời, và độ trễ này có thể được mô hình hóa như sự làm mượt kích thích ánh sáng theo thời gian.
• Khảo sát mối liên hệ giữa hiện tượng mờ tự nhiên vốn đã tồn tại là 'motion smear' và lý do thêm motion blur nhân tạo vào video.

Nhận thức cảnh trên màn hình

• Phân tích hình ảnh được nhận thức khi xem cảnh trên màn hình có tốc độ khung hình giới hạn.
• Video không có motion blur trông như các khung hình chồng lên nhau, trong khi video có áp dụng motion blur mang lại cảm nhận gần với cảnh tự nhiên hơn.

Hàm shutter để làm màn hình trở nên tự nhiên hơn

• Áp dụng hàm shutter vào motion blur truyền thống để cải thiện tính liên tục của chuyển động.
• Thay vì lấy trung bình mọi thời điểm trong khung hình, hàm shutter đặt trọng số lớn hơn cho thời điểm trung tâm của khung hình để giảm thiểu khác biệt trong nhận thức.

Torusphere và cách tiếp cận phi lý tính

• Mục tiêu là tạo hoạt ảnh motion blur vô hạn bằng shader thời gian thực.
• Sử dụng volume ray casting để tích phân hàm mật độ theo thời gian nhằm hiện thực 'integrated volume motion blur'.

Hình cầu được áp dụng motion blur

• Đơn giản hóa bài toán thành lát cắt 2D để tìm mật độ motion blur của một hình cầu quay theo quỹ đạo.
• Tính toán motion blur thông qua hàm mật độ xác định thời điểm hình cầu đi vào và rời khỏi tại một điểm cụ thể trong quỹ đạo.

Torus được áp dụng motion blur

• Áp dụng cùng quy trình để tính motion blur cho torus.
• Lát cắt thẳng đứng 2D của torus được gọi là 'spheric section', và từ đó suy ra hàm mật độ.

Kết hợp mọi yếu tố

• Kết hợp các yếu tố bằng volume ray casting tiêu chuẩn và chạy hoạt ảnh thông qua tương tác chuột/cảm ứng cơ bản.
• Có thể không hoạt động tốt trên mọi thiết bị, vì vậy có thể tìm thấy video dựng sẵn và shader trên Shadertoy.

Ý kiến của GN⁺

• Motion blur là một kỹ thuật quan trọng giúp chuyển động trông tự nhiên hơn trong video hoặc hoạt ảnh, và bài viết này khám phá hiệu ứng thị giác cũng như cách tiếp cận kỹ thuật khi áp dụng motion blur ở mức cực đoan.
• Việc triển khai motion blur trong đồ họa thời gian thực là yếu tố quan trọng trong game hoặc media tương tác, và bài viết này mang lại góc nhìn sâu sắc về cách hiện thực motion blur bằng shader thời gian thực.
• Các kỹ thuật như volume ray casting được dùng để render những cảnh 3D phức tạp, và bài viết này kết hợp chúng với motion blur để tạo ra hiệu ứng thị giác mới.
• Khi áp dụng kỹ thuật này cần cân nhắc hiệu năng và khả năng xử lý thời gian thực, và cách tiếp cận được nêu trong bài có tiềm năng cung cấp motion blur tự nhiên, đặc biệt với các vật thể chuyển động nhanh.
• Những dự án hoặc sản phẩm khác trong ngành cung cấp tính năng tương tự gồm hiệu ứng motion blur trong các game engine như Unity hoặc Unreal Engine, vốn đã được các nhà phát triển sử dụng rộng rãi.

[GN⁺]

Ý kiến trên Hacker News

• Thảo luận về các đánh đổi của motion blur

  • Khi mắt theo dõi một vật thể đang chuyển động trên màn hình, về lý thuyết vật thể đó phải trở nên rõ nét hơn.
  • Cần либо theo dõi chuyển động của mắt và áp dụng blur theo chuyển động tương đối, hoặc xử lý với tần số làm tươi vô hạn để không có motion blur.
  • Với công nghệ hiện tại, cả hai hướng đều chưa thực tế, nên kết quả luôn khó tránh khỏi việc trông sai.
  • Đạo diễn giỏi hoặc game designer giỏi sẽ dự đoán mắt người xem di chuyển như thế nào để chọn tốc độ màn trập hoặc render blur.

• Những trường hợp motion blur tạo cảm giác phi thực tế

  • Trong game, dùng motion blur có thể trông như một phép xấp xỉ rẻ tiền, gợi nhớ đến kiểu dựng phim lạm dụng cắt cảnh trong điện ảnh.
  • Motion blur có ý nghĩa với các vật thể chuyển động nhanh hoặc ở gần, nhưng thường bị dùng quá mức khi nhân vật quay người nhanh.
  • Khi đầu hoặc mắt di chuyển nhanh, ta không thấy một hình ảnh mờ mà thấy một hình ảnh mới, còn dữ liệu ở giữa sẽ bị não bỏ qua.
  • Khi thêm motion blur lúc di chuyển góc nhìn trong game, việc hiển thị khung cảnh mới bị chậm lại, gây cản trở và thiếu chân thực.

• Tổng quan lịch sử về render motion blur

  • Trước khi bài báo kinh điển về mô hình hóa hiệu suất màn trập xuất hiện vào năm 2005, mọi production renderer cho VFX đều dùng box shutter.
  • Motion blur cực đoan thấy trong các phim như "Jurassic Park" hay "The Mask" được tạo bằng box shutter của PhotoRealistic RenderMan.
  • Cùng thời điểm bài báo được công bố, 3Delight là bên đầu tiên triển khai đúng 1:1, và lần đầu được dùng trong "Charlotte's Web".
  • Pixar cũng bổ sung tính năng này vài năm sau và gọi nó là "shutter curve", hiện được nhiều offline renderer sử dụng.

• Tính phi thực tế trong mô phỏng motion blur

  • Việc tính toán trong không gian sRGB với các giá trị độ sáng phi tuyến tạo ra cảm giác motion blur thiếu thực tế.
  • Để mô phỏng hiện tượng vật lý, cần xử lý bằng các giá trị độ sáng tuyến tính rồi mới chuyển sang sRGB ở bước cuối.

• Sự thay đổi trong cảm nhận motion blur trên màn hình tần số quét cao

  • Khi dùng màn hình 240Hz, cảm nhận về motion blur thay đổi.
  • Rất khó phân biệt sự khác nhau giữa tùy chọn màn trập truyền thống và tùy chọn màn trập sin khi đang có chuyển động.
  • Khuyến nghị dùng màn hình 240Hz để có chuyển động chuột mượt hơn và độ trễ thấp.

• Lý thuyết về motion blur và cách shader hoạt động

  • Có phần giải thích chi tiết motion blur là gì, về mặt lý thuyết nó nên như thế nào, cũng như cách shader của một hoạt ảnh "torusphere" cụ thể hoạt động.
  • Vì đoạn code có thể khó hiểu nên phần này khá hữu ích.

• Vấn đề độ trong suốt của các vật thể được cấu thành bằng motion blur

  • Việc hình xuyến và hình cầu được tạo từ motion blur lại trông mờ đục ở một số thời điểm là điều khá lạ.

• Sự phát triển hướng tới mô phỏng hệ thống thị giác con người

  • Vượt qua mô phỏng máy quay phim để tiến tới mô phỏng hệ thống thị giác của con người là một bước đến gần hiện thực hơn.
  • Motion blur kiểu màn trập có thể bị xem là công nghệ lỗi thời, giống như bản in tông sepia, phim đen trắng 16 FPS hay bánh xe elip của màn trập cơ học.

• Trải nghiệm ấn tượng từ demo so sánh bật/tắt motion blur

  • Một demo cho phép bật và tắt motion blur giúp cảm nhận sự khác biệt rất rõ ràng.

• Hiệu ứng thị giác của hoạt ảnh áp dụng motion blur

  • Lý do phần đổ bóng của quả bóng trông lạ là vì thực ra đó là một "torus" đang quay.
  • Nếu có khoảng thời gian dài hơn giữa bước cuối và bước đầu, quả bóng có thể trông đẹp hơn, nhưng hiệu ứng bất ngờ có thể sẽ giảm đi.