Ambient occlusion er en grafikgengivelsesteknik, der simulerer virkningerne af omgivende lys på 3D-objekter. Det involverer mørkere 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, fordi den tilføjer dybde og relief til scenen, idet der tages højde for objekternes geometri og orientering.

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

Hvorfor er omgivende okklusion vigtig for 3D-videospil?

Omgivende okklusion er vigtig for 3D-videospil, fordi det tilføjer dybde og lindring til scenen. Det gør det muligt at skelne objekter fra hinanden, baseret på deres form og orientering. Det gør også farverne mere naturlige og forhindrer dem i at være for lyse eller for mørke. Ambient okklusion gør derfor 3D-videospil smukkere og mere fordybende .

Hvad er de forskellige typer af omgivende okklusion?

Der findes forskellige typer omgivende okklusion, som er baseret på forskellige metoder og parametre. Disse typer af omgivende okklusion har komplicerede navne, som SSAO, HBAO, HDAO eller VXAO. Men bare rolig, vi vil forklare dig, hvad det betyder, og hvordan det virker.

SSAO: Screen Space Ambient Oklusion

SSAO enkleste og mest almindelige form for omgivende okklusion . Det er baseret på en simpel idé: Jo tættere to objekter er på hinanden , jo mere kaster de en skygge 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 angiver afstanden mellem hvert punkt på skærmen og kameraet. Derefter sammenligner SSAO afstanden mellem nabopunkter for at vide, om de kaster skygge eller ej. Hvis det er tilfældet, gør det punktet mørkere baseret på skyggeniveauet.

• Fordele : det er hurtigt og nemt at gøre, det tilpasser sig kameraets og objekternes bevægelser, og det fungerer med alle 3D-spil.
• Ulemper : Den tager ikke hensyn til genstandes retning eller farve, den skelner ikke mellem genstande nær og fjern, og den håndterer ikke kanter eller transparenter godt. Den kan derfor lave for mørke, for slørede eller dårligt placerede skygger, som ikke er særlig realistiske.

HBAO: Horizon-Based Ambient Oklusion

HBAO er en mere avanceret type omgivende okklusion end SSAO . Det er baseret på en mere kompleks idé: Jo højere et objekt har en horisont , jo mere omgivende lys modtager det . Et objekts horisont er som dets sigtelinje til himlen.

For eksempel :

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

HBAO måler derfor horisonten for hvert punkt på skærmen ved hjælp af et billede kaldet normal buffer . Den normale buffer er som et kort , der angiver retningen af ​​overfladen af ​​hvert punkt . Derefter sammenligner HBAO horisonten for nabopunkter for at vide, om de kaster skygge eller ej. Hvis det er tilfældet, gør det punktet mørkere baseret på skyggeniveauet.

• Fordele : den er mere præcis og mere realistisk end SSAO. Den tager højde for objekters retning og farve, den skelner mellem nære og fjerne objekter, og den håndterer bedre kanter og transparenter. Det skaber derfor finere, skarpere og bedre placerede skygger, som forstærker 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 upræcis eller støjende. Det virker ikke med alle 3D-spil, de skal levere den normale buffer eller bruge en kompatibel grafikmotor.

HDAO: High Definition Ambient Oklusion

HDAO er en mere effektiv type omgivende okklusion end HBAO . Det er baseret på en mere adaptiv idé: Jo flere prøver et punkt har brug for , jo mere sandsynligt er det, at det bliver okkluderet af omgivende objekter . Prøver er ligesom synspunkter, som vi tager rundt om et punkt for at se, om det er tændt eller ej.

For eksempel :

• Hvis du er i et mørkt rum, har du brug for en masse prøver for at se, om du er lukket af et møbel eller en væg.
• Hvis du er i et lyst rum, har du brug for færre prøver for at se, om du er lukket af et vindue eller en lampe.

HDAO beregner derfor antallet af prøver fra hvert punkt på skærmen ved hjælp af en metode, der varierer antallet af prøver afhængigt af punkternes afstand og vinkel. Derefter sammenligner den antallet af prøver fra tilstødende punkter for at finde ud af, om de kaster skygge eller ej. Hvis det er tilfældet, gør det punktet mørkere baseret på skyggeniveauet.

Fordele : det er kvalitet og effektivt. Den bruger et optimalt antal prøver for hvert punkt, hvilket undgår kvalitetstab eller spildte ressourcer. Det skaber derfor mere detaljerede og dybere skygger, som forbedrer scenens kvalitet.

Ulemper : den er uforenelig og svær at justere. Det virker ikke med alle 3D-spil, de skal bruge en specifik grafikmotor, som for AMD eller Ubisoft. Det afhænger også af spillerens indstillinger, hvem der skal vælge minimum og maksimum antal prøver, samt radius og intensiteten af ​​okklusionen.

VXAO: Voxel Accelerated Ambient Oklusion

VXAO er en mere avanceret type omgivende okklusion end HDAO . Det er baseret på en mere komplet idé: Jo mere præcist et punkt har en voxeliseret repræsentation af scenen , jo mere sandsynligt er det, at det bliver okkluderet af omgivende objekter . Den voxeliserede repræsentation er som en 3D-model, der gengiver scenen med små kuber kaldet voxels.

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

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

Derefter sammenligner den den voxeliserede repræsentation af nabopunkter for at vide, om de kaster skygge eller ej. Hvis det er tilfældet, gør det punktet mørkere baseret på skyggeniveauet.

Fordele : Det er detaljeret og dybt. Den bruger en komplet og nøjagtig voxeliseret repræsentation af scenen, som hjælper med at fange alle mulige okklusionseffekter, inklusive dem, der skyldes dynamiske objekter eller lyskilder. mange. Det skaber derfor meget fine og meget dybe skygger, som øger scenens dybde.

Ulemper : den er grådig og begrænset. Det kræver at skabe en voxeliseret repræsentation af scenen, hvilket kræver mange ressourcer, især videohukommelse. Det er ikke kompatibelt med alle 3D-spil, de skal bruge en specifik grafikmotor, såsom den fra Nvidia eller den fra Square Enix.

Ambient okklusion i nuværende videospil

Ambient occlusion er en grafikgengivelsesteknik, der er til stede i mange nuværende videospil. Det spillerens fordybelse skygge- og kontrasteffekter , der giver relief og dybde til 3D-scener. Her er nogle eksempler på spil, der bruger omgivende okklusion:

• Red Dead Redemption 2 : Dette action-eventyrspil i åben verden udviklet af Rockstar Games bruger HDAO til at skabe bløde, realistiske skygger i naturlige og urbane miljøer. Spillet har også en fototilstand, der gør det muligt for spillere at tage billeder med forskellige omgivende okklusionsindstillinger.
• Metro Exodus : Dette førstepersonsskydespil udviklet af 4A Games bruger VXAO til at skabe fine, dybe skygger i postapokalyptiske miljøer. Spillet bruger også en teknik kaldet Global Illumination , som kombinerer omgivende okklusion med lysdiffusion, for at skabe dynamiske farve- og lyseffekter.
• Assassin's Creed Valhalla : Dette action-RPG-spil i åben verden 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 spils grafikindstillinger skal du generelt have adgang til menuen med avancerede indstillinger, hvor du kan vælge typen og intensiteten af ​​omgivende okklusion. Effekterne af omgivende okklusion på systemets ydeevne og strømforbrug skal også overvejes. Det skyldes, at jo højere den omgivende okklusion er, jo mere kræver den ressourcer fra GPU'en og grafikkortet, hvilket kan føre til et fald i antallet af billeder i sekundet eller en stigning i systemtemperaturen.

Ambient okklusion i fremtiden for videospil

Ambient occlusion er en grafikgengivelsesteknik, der stadig har begrænsninger og udfordringer. Det afhænger faktisk af kvaliteten og præcisionen af ​​de anvendte algoritmer samt styrken og kompatibiliteten af ​​de anvendte systemer. Her er nogle mulige måder at forbedre den omgivende okklusion på:

Brugen af ​​ray tracing

Strålesporing grafikgengivelsesteknik , som består i at simulere lysstrålernes vej i 3D-scenen , under hensyntagen til interaktioner med objekter og materialer. Strålesporing gør det derfor muligt at beregne omgivende okklusion på en mere realistisk og præcis måde end nuværende teknikker, men det kræver også mange flere ressourcer.

Det er derfor nødvendigt at bruge specielle grafikkort, såsom dem fra Nvidia eller AMD, som integrerer enheder dedikeret til ray-tracing.

Brugen af ​​kunstig intelligens

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

Det kan også bruges til at korrigere artefakter eller unøjagtigheder forårsaget af nuværende teknikker, ved hjælp af neurale netværk eller forudtrænede modeller. Men denne brug af kunstig intelligens rejser også sociale og økonomiske spørgsmål. Alene dræber brugen af ​​kunstig intelligens 217 arbejdspladser .

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

Brugen af ​​virtual reality

Virtual reality er en teknik, der består i at fordybe spilleren i et fordybende 3D-miljø ved hjælp af et headset eller specielle briller . Virtual reality kan derfor drage fordel af omgivende okklusion, som forstærker scenens realisme og dybde.

Men det udgør også begrænsninger, såsom behovet for at have et højt og konstant antal billeder i sekundet , for at undgå kvalme eller hovedpine. Det er derfor nødvendigt at bruge omgivende okklusionsteknikker tilpasset den virtuelle virkelighed, såsom Foveated Rendering , der består i at reducere den grafiske kvalitet af perifere områder af synsfeltet.

Fremtidsudsigterne for omgivende okklusion er derfor talrige og lovende. Det kan være med til at skabe smukkere og mere realistiske 3D-videospil, men det skal også tilpasse sig nye teknologier og nye spillerkrav.

Ofte stillede spørgsmål

Hvad er omgivende lys?

Omgivende lys er lys, der kommer fra alle retninger og jævnt oplyser scenen. Det har ikke en præcis kilde, det er et resultat af spredning af lys af atmosfæren, skyer, vægge osv.

Omgivende lys bruges ofte i videospil til at skabe basisbelysning , som så kan suppleres med direkte lyskilder, såsom sol, lamper, bål osv.

Hvad er forskellen mellem omgivende okklusion og skygger?

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

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

Hvordan aktiverer eller deaktiverer man omgivende okklusion i et videospil?

For at aktivere eller deaktivere omgivende okklusion i et videospil, skal du generelt have adgang til spillets menu med grafikindstillinger , hvor du kan finde en indstilling dedikeret til omgivende okklusion. Det kan være en simpel tænd/sluk-knap eller en skyder, der giver dig mulighed for at vælge niveauet af omgivende okklusion.

Læs også : Cloud-spil, videospilindustriens underudnyttede fremtid?

Hvordan påvirker omgivende okklusion videospils ydeevne?

Omgivende okklusion påvirker videospils ydeevne, fordi det kræver flere beregninger fra grafikprocessoren ( GPU ) og grafikkortet.

Jo højere niveau eller type af omgivende okklusion, jo flere ressourcer bruger den . Dette kan forårsage et fald i frames per second (FPS), som måler spillets glathed, eller en stigning i systemtemperaturen, som kan forårsage overophedning eller opbremsninger.

Hvad er fordelen ved omgivende okklusion for afspilleren?

Fordelen ved omgivende okklusion for afspilleren er, at det gør videospillet smukkere og mere medrivende . Det giver dig mulighed for at skabe skygge- og kontrasteffekter, der giver relief og dybde til 3D-objekter.

Det gør også farverne mere naturlige og mere harmoniske. Ambient okklusion er derfor med til at skabe en mere realistisk atmosfære og stemning i videospillet.