Ambient okklusion er en grafisk renderingsteknik, der simulerer virkningerne af omgivende lys på 3D-objekter. Det involverer mørklægning af områder, hvor lys blokeres eller reflekteres af andre objekter, hvilket skaber bløde skygger og realistiske kontraster.

Omgivende okklusion er vigtig for realismen i 3D-videospil, da det tilføjer dybde og relief til scenen under hensyntagen til objekternes geometri og orientering.

Der findes forskellige typer af omgivende okklusion, som er baseret på forskellige algoritmer og parametre, og som giver mere eller mindre troværdige og effektive resultater.

Hvorfor er omgivende okklusion vigtig for 3D-videospil?

Omgivende okklusion er vigtig for 3D-videospil, fordi den tilføjer dybde og dimension til scenen. Den giver spillerne mulighed for at skelne objekter fra hinanden baseret på deres form og orientering. Den får også farver til at virke mere naturlige og forhindrer dem i at være for lyse eller for mørke. Omgivende okklusion gør derfor 3D-videospil mere visuelt tiltalende og fordybende .

Hvad er de forskellige typer af omgivende okklusion?

Der findes forskellige typer af omgivende okklusion, som hver især er baseret på forskellige metoder og parametre. Disse typer af omgivende okklusion har komplicerede navne, såsom SSAO, HBAO, HDAO eller VXAO. Men bare rolig, vi forklarer, hvad de betyder, og hvordan de fungerer.

SSAO: Omgivende okklusion af skærmrum

SSAO enkleste og mest almindelige type omgivende okklusion . Den er baseret på en simpel idé: jo tættere to objekter er på hinanden , desto flere skygger kaster de på hinanden . SSAO måler derfor afstanden mellem objekter på skærmen ved hjælp af et billede kaldet z-bufferen .

Z-bufferen er som et kort, der viser afstanden mellem hvert punkt på skærmen og kameraet. Derefter sammenligner SSAO afstanden mellem nabopunkter for at afgøre, om de kaster skygger. Hvis det er tilfældet, mørkner den punktet i henhold til skyggeniveauet.

• Fordele : Det er hurtigt og nemt at gøre, det tilpasser sig kamera- og objektbevægelser, og det fungerer med alle 3D-spil.
• Ulemper : Den tager ikke hensyn til objekters retning eller farve, den skelner ikke mellem nære og fjerne objekter, og den håndterer ikke kanter eller gennemsigtigheder godt. Derfor kan den skabe skygger, der er for mørke, for slørede eller dårligt placeret, hvilket ikke er særlig realistisk.

HBAO: Horisontbaseret omgivende okklusion

HBAO er en mere avanceret type omgivende okklusion end SSAO . Den er baseret på en mere kompleks idé: jo højere et objekts horisont er , desto mere omgivende lys modtager det . Et objekts horisont er som dets synslinje til himlen.

For eksempel :

• Hvis du er på toppen af ​​et bjerg, har du en meget høj horisont, fordi du kan se meget af himlen.
• Hvis du er i en dal, har du en lavere horisont, fordi du ser mindre himmel.

HBAO måler horisonten for hvert punkt på skærmen ved hjælp af et billede kaldet den normale buffer . Den normale buffer er som et kort , der viser retningen af ​​overfladen for hvert punkt . Derefter sammenligner HBAO horisonten for nabopunkter for at bestemme, om de kaster skygger. Hvis det er tilfældet, mørkner den punktet i henhold til skyggeniveauet.

• Fordele : Den er mere præcis og realistisk end SSAO. Den tager hensyn til objekters retning og farve, skelner mellem nære og fjerne objekter og håndterer kanter og gennemsigtigheder bedre. Derfor skaber den tyndere, skarpere og bedre placerede skygger, hvilket forbedrer scenens realisme.
• Ulemper : Det er dyrere og mere komplekst end SSAO. Det kræver måling af horisonten for hvert punkt, hvilket kræver flere ressourcer. Det afhænger også af kvaliteten af ​​den normale buffer, som kan være unøjagtig eller støjende. Det fungerer ikke med alle 3D-spil; de skal levere den normale buffer eller bruge en kompatibel grafikmotor.

HDAO: Højopløsnings-omgivelsesokklusion

HDAO er en mere effektiv type omgivende okklusion end HBAO . Den er baseret på et mere adaptivt koncept: jo flere prøver et punkt har brug for , desto større er chancerne for at blive okkluderet af omgivende objekter . Prøverne er som synspunkter taget omkring et punkt for at se, om det er oplyst eller ej.

For eksempel :

• Hvis du er i et mørkt rum, skal du bruge mange prøver for at se, om du er blokeret af et møbel eller en væg.
• Hvis du er i et lyst rum, behøver du færre prøver for at se, om du er blokeret af et vindue eller en lampe.

HDAO beregner antallet af prøver for hvert punkt på skærmen ved hjælp af en metode, der varierer antallet af prøver baseret på punkternes afstand og vinkel. Derefter sammenligner den antallet af prøver med nabopunkter for at afgøre, om de kaster skygger. Hvis det er tilfældet, mørkner den punktet i henhold til skyggeniveauet.

Fordele : Den er af høj kvalitet og effektiv. Den bruger et optimalt antal prøver for hvert punkt, hvilket undgår kvalitetstab eller spild af ressourcer. Dette resulterer i mere detaljerede og dybere skygger, hvilket forbedrer scenens samlede kvalitet.

Ulemper : Det er inkompatibelt og vanskeligt at konfigurere. Det fungerer ikke med alle 3D-spil; de skal bruge en specifik grafikmotor, såsom AMD's eller Ubisofts. Det afhænger også af spillerens indstillinger, som skal vælge det minimale og maksimale antal samples, samt okklusionens radius og intensitet.

VXAO: Voxel-accelereret omgivende okklusion

VXAO er en mere avanceret type omgivende okklusion end HDAO . Den er baseret på en mere omfattende idé: jo mere præcis et punkts voxeliserede repræsentation af scenen er , desto mere sandsynligt er det, at det bliver okkluderet af omgivende objekter . Den voxeliserede repræsentation er som en 3D-model, der gengiver scenen med små terninger kaldet voxels.

For eksempel: Hvis du har et hus i voxels, kan du se alle detaljerne i dets struktur og belysning.

VXAO skaber derfor en voxeliseret repræsentation af scenen på skærmen ved hjælp af en metode kaldet voxel-keglesporing . Voxel-keglesporing er som at sende virtuelle kegler i alle retninger fra hvert punkt for at se, hvilke voxler der blokerer lyset.

Dernæst sammenligner den den voxeliserede repræsentation af nabopunkter for at afgøre, om de kaster skygger eller ej. Hvis det er tilfældet, mørkner den punktet i henhold til skyggeniveauet.

Fordele : Den er detaljeret og dybdegående. Den bruger en komplet og præcis voxeliseret repræsentation af scenen, hvilket gør det muligt at indfange alle mulige okklusionseffekter, inklusive dem forårsaget af objekter i bevægelse eller flere lyskilder. Den skaber derfor meget fine og dybe skygger, som øger scenens dybde.

Ulemper : Det er ressourcekrævende og begrænset. Det kræver, at man skaber en voxeliseret repræsentation af scenen, hvilket kræver betydelige ressourcer, især videohukommelse. Det er ikke kompatibelt med alle 3D-spil; de skal bruge en specifik grafikmotor, såsom Nvidias eller Square Enix'.

Omgivende okklusion i nuværende videospil

Ambient okklusion er en grafikrenderingsteknik, der bruges i mange moderne videospil. Den forbedrer realismen og spillerens fordybelse ved at skabe skygge- og kontrasteffekter , der tilføjer dybde og dimension til 3D-scener. Her er nogle eksempler på spil, der bruger ambient okklusion:

• Red Dead Redemption 2 : Dette open-world action-eventyrspil udviklet af Rockstar Games bruger HDAO til at skabe bløde, realistiske skygger i både naturlige og bymæssige miljøer. Spillet har også en fototilstand, der giver spillerne mulighed for at tage billeder med forskellige indstillinger for omgivende okklusion.
• Metro Exodus : Dette førstepersonsskydespil udviklet af 4A Games bruger VXAO til at skabe subtile, dybe skygger i postapokalyptiske miljøer. Spillet anvender også en teknik kaldet Global Illumination , som kombinerer omgivende okklusion med lysdiffusion for at skabe dynamiske farver og lyseffekter.
• Assassin's Creed Valhalla : Dette open-world action-RPG udviklet af Ubisoft bruger HBAO+ til at skabe skarpe, præcise skygger i historiske og mytologiske miljøer. Spillet bruger også en teknik kaldet Screen Space Reflections , som kombinerer omgivende okklusion med lysrefleksion for at skabe realistiske spejl- og vandeffekter.

For at aktivere og justere omgivende okklusion i spillets grafikindstillinger skal du generelt have adgang til menuen med avancerede indstillinger, hvor du kan vælge typen og intensiteten af ​​omgivende okklusion. Du bør også overveje virkningerne af omgivende okklusion på systemets ydeevne og strømforbrug. Jo højere omgivende okklusion er, desto flere ressourcer kræver den faktisk fra grafikprocessoren (GPU) og grafikkortet, hvilket kan føre til et fald i billedhastigheden eller en stigning i systemtemperaturen.

Omgivende okklusion i fremtidens videospil

Ambient okklusion er en grafikrenderingsteknik, der stadig har begrænsninger og udfordringer. Det afhænger af kvaliteten og præcisionen af ​​de anvendte algoritmer, samt de involverede systemer's effektivitet og kompatibilitet. Her er nogle mulige måder at forbedre ambient okklusion på:

Brugen af ​​strålesporing

Ray tracing er en grafisk renderingsteknik , der simulerer lysstrålers bane i en 3D-scene under hensyntagen til deres interaktion med objekter og materialer. Ray tracing muliggør en mere realistisk og præcis beregning af omgivende okklusion end nuværende teknikker, men det kræver også betydeligt flere ressourcer.

Derfor skal der anvendes specielle grafikkort, såsom dem fra Nvidia eller AMD, der integrerer enheder dedikeret til ray tracing.

Brugen af ​​kunstig intelligens

Kunstig intelligens er en teknik, der bruger algoritmer, der er i stand til at lære og udvikle sig baseret på de leverede data. Kunstig intelligens kan derfor bruges til at optimere beregninger af omgivende okklusion ved at tilpasse antallet af prøver eller okklusionsradius i henhold til scenen eller bevægelsen.

Det kan også bruges til at korrigere artefakter eller unøjagtigheder forårsaget af nuværende teknikker ved hjælp af neurale netværk eller prætrænede modeller. Men denne brug af kunstig intelligens rejser også sociale og økonomiske spørgsmål. Alene i Frankrig eliminerer brugen af ​​AI 217 job .

Det kan også bruges til at korrigere artefakter eller unøjagtigheder forårsaget af nuværende teknikker ved hjælp af neurale netværk eller præ-trænede modeller.

Brugen af ​​virtuel virkelighed

Virtual reality er en teknik, der fordyber spilleren i et 3D-miljø ved hjælp af et headset eller specielle briller . Virtual reality kan derfor drage fordel af omgivende okklusion, hvilket forbedrer scenens realisme og dybde.

Det giver dog også udfordringer, såsom behovet for en høj og ensartet billedhastighed for at undgå kvalme eller hovedpine. Derfor skal der anvendes ambient okklusionsteknikker tilpasset virtual reality, såsom Foveated Rendering , som reducerer den grafiske kvalitet af perifere områder af synsfeltet.

Fremtidsudsigterne for ambient okklusion er derfor talrige og lovende. Det kan bidrage til at skabe smukkere og mere realistiske 3D-videospil, men det skal også tilpasses nye teknologier og spillernes nye krav.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er omgivende lys?

Omgivende lys er lys, der kommer fra alle retninger og oplyser scenen jævnt. Det har ikke en specifik kilde; det er resultatet af lys, der spredes af atmosfæren, skyer, vægge osv.

Omgivende lys bruges ofte i videospil til at skabe grundlæggende belysning , som derefter kan suppleres med direkte lyskilder, såsom solen, lamper, pejse osv.

Hvad er forskellen mellem omgivende okklusion og kastede skygger?

Kastede skygger er de skygger, der kastes af objekter, når de belyses af en direkte lyskilde. De afhænger af objektets position og form, samt lyskildens retning og afstand. Kastede skygger bruges ofte i videospil til at skabe kontrast og dybde mellem objekter og baggrunden.

Omgivende okklusion er den skygge, som objekter kaster, når de belyses af omgivende lys. Det afhænger af objekternes nærhed og orientering i forhold til hinanden, samt radius og intensitet af det omgivende lys. Omgivende okklusion bruges ofte i videospil til at skabe realisme og fine detaljer i objekter.

Hvordan aktiverer eller deaktiverer jeg omgivende okklusion i et videospil?

For at aktivere eller deaktivere omgivende okklusion i et videospil skal du normalt åbne spillets grafikindstillingsmenu , hvor du finder en indstilling dedikeret til omgivende okklusion. Dette kan være en simpel tænd/sluk-knap eller en skyder, der giver dig mulighed for at vælge niveauet af omgivende okklusion.

Læs også : Cloud-gaming, den uudnyttede fremtid for videospilindustriens?

Hvad er virkningen af ​​omgivende okklusion på videospils ydeevne?

Omgivende okklusion har indflydelse på videospils ydeevne, da det kræver flere beregninger fra grafikprocessoren ( GPU ) og grafikkortet.

Jo højere niveauet eller typen af ​​omgivende okklusion er, desto flere ressourcer forbruger den . Dette kan føre til et fald i billeder per sekund (FPS), som måler spillets jævnhed, eller en stigning i systemtemperaturen, hvilket kan forårsage overophedning eller afmatning.

Hvad er fordelen ved omgivende okklusion for spilleren?

Fordelen ved ambient okklusion for spilleren er , at det gør videospillet mere smukt og fordybende . Det giver mulighed for at skabe skygge- og kontrasteffekter, der giver relief og dybde til 3D-objekter.

Det giver også mulighed for mere naturlige og harmoniske farver. Omgivende okklusion bidrager derfor til at skabe en mere realistisk atmosfære og stemning i videospil.