Ambient Occlusion ist eine Grafik-Rendering-Technik, die die Auswirkungen von Umgebungslicht auf 3D-Objekte simuliert. Dabei werden Bereiche abgedunkelt, in denen das Licht von anderen Objekten blockiert oder reflektiert wird, wodurch weiche Schatten und realistische Kontraste entstehen.

Ambient Occlusion ist für den Realismus von 3D-Videospielen wichtig, da es der Szene Tiefe und Relief verleiht und dabei die Geometrie und Ausrichtung von Objekten berücksichtigt.

Es gibt verschiedene Arten der Umgebungsokklusion, die auf unterschiedlichen Algorithmen und Parametern basieren und mehr oder weniger originalgetreue und effiziente Ergebnisse liefern.

Warum ist Umgebungsokklusion für 3D-Videospiele wichtig?

Ambient Occlusion ist für 3D-Videospiele wichtig der Szene Tiefe und Relief verleiht Es ermöglicht die Unterscheidung von Objekten anhand ihrer Form und Ausrichtung. Außerdem werden die Farben natürlicher und verhindern, dass sie zu hell oder zu dunkel wirken. Ambient Occlusion macht 3D-Videospiele daher schöner und immersiver .

Welche verschiedenen Arten der Umgebungsokklusion gibt es?

Es gibt verschiedene Arten der Umgebungsokklusion, die auf unterschiedlichen Methoden und Parametern basieren. Diese Arten der Umgebungsokklusion haben komplizierte Namen wie SSAO, HBAO, HDAO oder VXAO. Aber keine Sorge, wir erklären Ihnen, was das bedeutet und wie es funktioniert.

Das SSAO: Screen Space Ambient Occlusion

SSAO einfachste und häufigste Art der Umgebungsokklusion . Es basiert auf einer einfachen Idee: Je näher zwei Objekte beieinander , desto mehr Schatten werfen sie aufeinander . SSAO misst daher den Abstand zwischen Objekten auf dem Bildschirm mithilfe eines Bildes namens Z-Puffer .

Der Z-Puffer ist wie eine Karte, die die Entfernung zwischen jedem Punkt auf dem Bildschirm und der Kamera angibt. Anschließend vergleicht der SSAO den Abstand zwischen benachbarten Punkten, um festzustellen, ob sie Schatten werfen oder nicht. Wenn dies der Fall ist, wird der Punkt basierend auf der Schattenstärke abgedunkelt.

• Vorteile : Es ist schnell und einfach durchzuführen, passt sich den Bewegungen der Kamera und der Objekte an und funktioniert mit allen 3D-Spielen.
• Nachteile : Es berücksichtigt nicht die Richtung oder Farbe von Objekten, es unterscheidet nicht zwischen nahen und entfernten Objekten und es verarbeitet Kanten oder Transparenzen nicht gut. Daher kann es zu zu dunklen, zu verschwommenen oder schlecht platzierten Schatten kommen, die nicht sehr realistisch sind.

Das HBAO: Horizontbasierte Umgebungsokklusion

HBAO ist eine fortgeschrittenere Art der Umgebungsokklusion als SSAO . Es basiert auf einer komplexeren Idee: Je höher der Horizont eines Objekts ist , desto mehr Umgebungslicht erhält es . Der Horizont eines Objekts ist wie seine Sichtlinie zum Himmel.

Zum Beispiel :

• Wenn Sie auf einem Berggipfel stehen, haben Sie einen sehr hohen Horizont, weil Sie viel Himmel sehen.
• Wenn Sie sich in einem Tal befinden, haben Sie einen niedrigeren Horizont, weil Sie weniger Himmel sehen.

Der HBAO misst daher den Horizont jedes Punkts auf dem Bildschirm mithilfe eines Bildes, das als normaler Puffer . Der Normalpuffer ist wie eine Karte , die die Richtung der Oberfläche jedes Punktes angibt . Anschließend vergleicht HBAO den Horizont benachbarter Punkte, um festzustellen, ob sie Schatten werfen oder nicht. Wenn dies der Fall ist, wird der Punkt basierend auf der Schattenstärke abgedunkelt.

• Vorteile : Es ist präziser und realistischer als das SSAO. Es berücksichtigt die Richtung und Farbe von Objekten, unterscheidet zwischen nahen und fernen Objekten und verarbeitet Kanten und Transparenzen besser. Dadurch entstehen feinere, schärfere und besser platzierte Schatten, die den Realismus der Szene verstärken.
• Nachteile : Es ist teurer und komplexer als SSAO. Es erfordert die Messung des Horizonts jedes Punktes, was mehr Ressourcen erfordert. Es hängt auch von der Qualität des normalen Puffers ab, der ungenau oder verrauscht sein kann. Es funktioniert nicht mit allen 3D-Spielen, diese müssen den normalen Puffer bereitstellen oder eine kompatible Grafik-Engine verwenden.

HDAO: High Definition Ambient Occlusion

HDAO ist eine effizientere Art der Umgebungsokklusion als HBAO . Es basiert auf einer adaptiveren Idee: Je mehr Proben ein Punkt benötigt , desto wahrscheinlicher ist es, dass er von umgebenden Objekten verdeckt wird . Proben sind wie Standpunkte, die wir um einen Punkt herum einnehmen, um zu sehen, ob er beleuchtet ist oder nicht.

Zum Beispiel :

• Wenn Sie sich in einem dunklen Raum befinden, benötigen Sie viele Proben, um festzustellen, ob Sie durch ein Möbelstück oder eine Wand verdeckt werden.
• Wenn Sie sich in einem hellen Raum befinden, benötigen Sie weniger Proben, um festzustellen, ob Sie durch ein Fenster oder eine Lampe verdeckt werden.

Das HDAO berechnet daher die Anzahl der Samples von jedem Punkt auf dem Bildschirm und verwendet dabei eine Methode, die die Anzahl der Samples je nach Entfernung und Winkel der Punkte variiert. Dann vergleicht es die Anzahl der Proben von benachbarten Punkten, um herauszufinden, ob sie Schatten werfen oder nicht. Wenn dies der Fall ist, wird der Punkt basierend auf der Schattenstärke abgedunkelt.

Vorteile : Es ist hochwertig und effizient. Für jeden Punkt wird eine optimale Anzahl an Proben verwendet, wodurch Qualitätsverluste oder Ressourcenverschwendung vermieden werden. Dadurch entstehen detailliertere und tiefere Schatten, was die Qualität der Szene verbessert.

Nachteile : Es ist inkompatibel und schwierig anzupassen. Es funktioniert nicht mit allen 3D-Spielen, sie müssen eine bestimmte Grafik-Engine verwenden, wie die von AMD oder die von Ubisoft. Es hängt auch von den Einstellungen des Spielers ab, der die minimale und maximale Anzahl an Samples sowie den Radius und die Intensität der Okklusion auswählen muss.

VXAO: Voxel-beschleunigte Umgebungsokklusion

VXAO ist eine fortschrittlichere Art der Umgebungsokklusion als HDAO . Es basiert auf einer umfassenderen Idee: Je präziser ein Punkt eine voxelisierte Darstellung der Szene hat , desto wahrscheinlicher ist es, dass er von umgebenden Objekten verdeckt wird . Die voxelisierte Darstellung ähnelt einem 3D-Modell, das die Szene mit kleinen Würfeln, sogenannten Voxeln, reproduziert.

Beispiel: Wenn Sie ein Haus in Voxeln haben, können Sie alle Details seiner Struktur und seiner Beleuchtung sehen.

Der VXAO erstellt daher eine voxelisierte Darstellung der Szene auf dem Bildschirm, indem er eine Methode namens Voxel Cone Tracing . Die Voxel-Kegelverfolgung ist so, als würde man von jedem Punkt aus virtuelle Kegel in alle Richtungen senden, um zu sehen, welche Voxel das Licht blockieren.

Anschließend wird die voxelisierte Darstellung benachbarter Punkte verglichen, um festzustellen, ob sie Schatten werfen oder nicht. Wenn dies der Fall ist, wird der Punkt basierend auf der Schattenstärke abgedunkelt.

Vorteile : Es ist detailliert und tiefgründig. Es verwendet eine vollständige und genaue voxelisierte Darstellung der Szene, die dabei hilft, alle möglichen Okklusionseffekte zu erfassen, einschließlich solcher durch dynamische Objekte oder Lichtquellen. mehrere. Dadurch entstehen sehr feine und sehr tiefe Schatten, die die Tiefe der Szene erhöhen.

Nachteile : Es ist gierig und begrenzt. Es erfordert die Erstellung einer voxelisierten Darstellung der Szene, was viele Ressourcen, insbesondere Videospeicher, erfordert. Es ist nicht mit allen 3D-Spielen kompatibel, sie müssen eine bestimmte Grafik-Engine verwenden, beispielsweise die von Nvidia oder die von Square Enix.

Ambient Occlusion in aktuellen Videospielen

Ambient Occlusion ist eine Grafik-Rendering-Technik, die in vielen aktuellen Videospielen vorhanden ist. Es das Eintauchen des Spielers Schatten- und Kontrasteffekte , die 3D-Szenen Relief und Tiefe verleihen. Hier sind einige Beispiele für Spiele, die Ambient Occlusion nutzen:

• Red Dead Redemption 2 : Dieses von Rockstar Games entwickelte Open-World-Action-Adventure-Spiel nutzt HDAO, um weiche, realistische Schatten in natürlichen und städtischen Umgebungen zu erzeugen. Das Spiel verfügt außerdem über einen Fotomodus, der es Spielern ermöglicht, Bilder mit unterschiedlichen Einstellungen für die Umgebungsokklusion aufzunehmen.
• Metro Exodus : Dieser von 4A Games entwickelte Ego-Shooter nutzt VXAO, um feine, tiefe Schatten in postapokalyptischen Umgebungen zu erzeugen. Das Spiel verwendet außerdem eine Technik namens Global Illumination , die Umgebungsokklusion mit Lichtstreuung kombiniert, um dynamische Farb- und Lichteffekte zu erzeugen.
• Assassin's Creed Valhalla : Dieses von Ubisoft entwickelte Open-World-Action-RPG-Spiel nutzt HBAO+, um scharfe, präzise Schatten in historischen und mythologischen Umgebungen zu erzeugen. Das Spiel verwendet außerdem eine Technik namens Screen Space Reflections , die Umgebungsokklusion mit Lichtreflexion kombiniert, um realistische Spiegel- und Wassereffekte zu erzeugen.

Um die Umgebungsokklusion in den Grafikeinstellungen von Spielen zu aktivieren und anzupassen, müssen Sie in der Regel auf das Menü „Erweiterte Optionen“ zugreifen, in dem Sie die Art und Intensität der Umgebungsokklusion auswählen können. Die Auswirkungen der Umgebungsokklusion auf die Systemleistung und den Stromverbrauch müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Denn je höher die Umgebungsokklusion, desto mehr Ressourcen werden von der GPU und der Grafikkarte beansprucht, was zu einem Rückgang der Anzahl der Bilder pro Sekunde oder einem Anstieg der Systemtemperatur führen kann.

Ambient Occlusion in der Zukunft von Videospielen

Ambient Occlusion ist eine Grafik-Rendering-Technik, die immer noch Einschränkungen und Herausforderungen aufweist. Es kommt nämlich auf die Qualität und Präzision der verwendeten Algorithmen sowie auf die Leistungsfähigkeit und Kompatibilität der verwendeten Systeme an. Hier sind einige Möglichkeiten zur Verbesserung der Umgebungsokklusion:

Die Verwendung von Raytracing

Raytracing Grafik-Rendering -Technik , die darin besteht, den Weg von Lichtstrahlen in der 3D-Szene zu simulieren und dabei Interaktionen mit Objekten und Materialien zu berücksichtigen. Raytracing ermöglicht daher eine realistischere und präzisere Berechnung der Umgebungsokklusion als aktuelle Techniken, erfordert aber auch viel mehr Ressourcen.

Daher ist es notwendig, spezielle Grafikkarten zu verwenden, beispielsweise von Nvidia oder AMD, die Einheiten für Raytracing integrieren.

Der Einsatz künstlicher Intelligenz

Künstliche Intelligenz ist eine Technik, die darin besteht, Algorithmen zu verwenden , die auf der Grundlage der bereitgestellten Daten lernen und sich weiterentwickeln können. Künstliche Intelligenz kann daher genutzt werden, um die Berechnung der Umgebungsokklusion zu optimieren , indem die Anzahl der Samples oder der Okklusionsradius je nach Szene oder Bewegung angepasst wird.

Es kann auch verwendet werden, um Artefakte oder Ungenauigkeiten zu korrigieren , die durch aktuelle Techniken verursacht werden, indem neuronale Netze oder vorab trainierte Modelle verwendet werden. Doch dieser Einsatz künstlicher Intelligenz wirft auch gesellschaftliche und wirtschaftliche Fragen auf. Allein vernichtet der Einsatz von KI 217 Arbeitsplätze .

Es kann auch verwendet werden, um Artefakte oder Ungenauigkeiten zu korrigieren , die durch aktuelle Techniken verursacht werden, indem neuronale Netze oder vorab trainierte Modelle verwendet werden.

Der Einsatz virtueller Realität

Virtuelle Realität ist eine Technik, bei der der Spieler mithilfe eines Headsets oder speziellen Brille immersive 3D-Umgebung . Die virtuelle Realität kann daher von der Umgebungsokklusion profitieren, die den Realismus und die Tiefe der Szene verstärkt.

Es bringt aber auch Einschränkungen mit sich, etwa die Notwendigkeit, eine hohe und konstante Anzahl von Bildern pro Sekunde zu haben , um Übelkeit oder Kopfschmerzen zu vermeiden. Daher ist es notwendig, an die virtuelle Realität angepasste Ambient Occlusion-Techniken wie Foveated Rendering , das darin besteht, die grafische Qualität peripherer Bereiche des Sichtfelds zu reduzieren.

Die Zukunftsaussichten der Umgebungsokklusion sind daher zahlreich und vielversprechend. Es kann dazu beitragen, schönere und realistischere 3D-Videospiele zu erstellen, muss sich aber auch an neue Technologien und neue Spieleranforderungen anpassen.

FAQs

Was ist Umgebungslicht?

Umgebungslicht ist Licht, das aus allen Richtungen kommt und die Szene gleichmäßig beleuchtet. Es hat keine genaue Quelle, es ist das Ergebnis der Lichtstreuung durch die Atmosphäre, Wolken, Wände usw.

In Videospielen wird häufig Umgebungslicht verwendet, um eine Grundbeleuchtung , die dann durch direkte Lichtquellen wie Sonne, Lampen, Feuer usw. ergänzt werden kann.

Was ist der Unterschied zwischen Umgebungsokklusion und Schlagschatten?

Schlagschatten sind die Schatten, die Objekte erzeugen, wenn sie von einer direkten Lichtquelle beleuchtet werden. Sie hängen von der Position und Form des Objekts sowie der Richtung und Entfernung der Lichtquelle ab. Schlagschatten werden in Videospielen häufig verwendet, um Kontrast und Tiefe zwischen Objekten und dem Hintergrund zu erzeugen.

Umgebungsokklusion ist der Schatten, den Objekte erzeugen, wenn sie durch Umgebungslicht beleuchtet werden. Sie hängt von der Nähe und Ausrichtung der Objekte zueinander sowie vom Radius und der Intensität des Umgebungslichts ab. Ambient Occlusion wird in Videospielen häufig verwendet, um realistische und feine Details in Objekten zu erzeugen.

Wie aktiviere oder deaktiviere ich Ambient Occlusion in einem Videospiel?

Um die Umgebungsokklusion in einem Videospiel zu aktivieren oder zu deaktivieren, müssen Sie im Allgemeinen auf Grafikoptionsmenü des Spiels Dabei kann es sich um eine einfache Ein-/Aus-Taste oder einen Schieberegler handeln, mit dem Sie den Grad der Umgebungsokklusion auswählen können.

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Wie wirkt sich Ambient Occlusion auf die Leistung von Videospielen aus?

Umgebungsokklusion wirkt sich auf die Leistung von Videospielen aus, da sie mehr Berechnungen vom Grafikprozessor ( GPU ) und der Grafikkarte erfordert.

Je höher der Grad oder die Art der Umgebungsokklusion ist, desto mehr Ressourcen werden verbraucht . Dies kann zu einem Rückgang der Bilder pro Sekunde (FPS), der die Spielflüssigkeit misst, oder zu einem Anstieg der Systemtemperatur führen, was zu Überhitzung oder Verlangsamung führen kann.

Welchen Vorteil hat Ambient Occlusion für den Spieler?

Der Vorteil der Umgebungsokklusion für den Spieler besteht darin, dass sie das Videospiel schöner und immersiver macht . Damit können Sie Schatten- und Kontrasteffekte erzeugen, die 3D-Objekten Relief und Tiefe verleihen.

Außerdem werden die Farben dadurch natürlicher und harmonischer. Ambient Occlusion trägt daher dazu bei, eine realistischere Atmosphäre und Atmosphäre im Videospiel zu schaffen.