La oclusión ambiental es una técnica de renderizado gráfico que simula los efectos de la luz ambiental en objetos 3D. Consiste en oscurecer las áreas donde la luz es bloqueada o reflejada por otros objetos, creando sombras suaves y contrastes realistas.
La oclusión ambiental es importante para el realismo de los videojuegos 3D, ya que añade profundidad y relieve a la escena, teniendo en cuenta la geometría y la orientación de los objetos.
Existen diferentes tipos de oclusión ambiental, que se basan en diferentes algoritmos y parámetros, ofreciendo resultados más o menos fieles y efectivos.
¿Por qué es importante la oclusión ambiental para los videojuegos 3D?
La oclusión ambiental es importante para los videojuegos 3D porque añade profundidad y dimensión a la escena. Permite a los jugadores distinguir los objetos entre sí según su forma y orientación. También hace que los colores parezcan más naturales , evitando que sean demasiado brillantes o demasiado oscuros. Por lo tanto, la oclusión ambiental hace que los videojuegos 3D sean visualmente más atractivos e inmersivos .
¿Cuáles son los diferentes tipos de oclusión ambiental?
Existen diferentes tipos de oclusión ambiental, cada uno basado en métodos y parámetros diferentes. Estos tipos de oclusión ambiental tienen nombres complejos, como SSAO, HBAO, HDAO o VXAO. Pero no se preocupe, le explicaremos qué significan y cómo funcionan.
SSAO: Oclusión ambiental del espacio de pantalla
La SSAO más simple y común de oclusión ambiental . Se basa en una idea simple: cuanto más cerca estén dos objetos , más sombras proyectan entre sí . Por lo tanto, la SSAO mide la distancia entre los objetos en la pantalla mediante una imagen llamada búfer z .
El búfer z es como un mapa que muestra la distancia entre cada punto de la pantalla y la cámara. Luego, SSAO compara la distancia entre puntos vecinos para determinar si proyectan sombras. De ser así, oscurece el punto según el nivel de sombra.
- Ventajas : Es rápido y sencillo de hacer, se adapta a los movimientos de la cámara y de los objetos y funciona con todos los juegos 3D.
- Desventajas : No tiene en cuenta la dirección ni el color de los objetos, no distingue entre objetos cercanos y lejanos, y no gestiona bien los bordes ni las transparencias. Por lo tanto, puede crear sombras demasiado oscuras, borrosas o mal ubicadas, lo que resulta poco realista.
HBAO: Oclusión ambiental basada en el horizonte
La HBAO es un tipo de oclusión ambiental más avanzado que la SSAO . Se basa en una idea más compleja: cuanto más alto es el horizonte de un objeto , más luz ambiental recibe . El horizonte de un objeto es como su línea de visión hacia el cielo.
Por ejemplo :
- Si estás en la cima de una montaña, tienes un horizonte muy alto, porque puedes ver mucho cielo.
- Si estás en un valle, tienes un horizonte más bajo porque ves menos cielo.
El HBAO mide el horizonte de cada punto en la pantalla utilizando una imagen llamada zona de influencia normal . Esta zona de influencia normal es como un mapa que muestra la dirección de la superficie de cada punto . Luego, el HBAO compara el horizonte de los puntos vecinos para determinar si proyectan sombras. De ser así, oscurece el punto según el nivel de sombra.
- Ventajas : Es más preciso y realista que SSAO. Considera la dirección y el color de los objetos, diferencia entre objetos cercanos y lejanos, y gestiona mejor los bordes y las transparencias. Por lo tanto, crea sombras más finas, nítidas y mejor ubicadas, lo que aumenta el realismo de la escena.
- Desventajas : Es más costoso y complejo que SSAO. Requiere medir el horizonte de cada punto, lo que consume más recursos. También depende de la calidad del búfer normal, que puede ser impreciso o ruidoso. No funciona con todos los juegos 3D; deben proporcionar el búfer normal o usar un motor gráfico compatible.
HDAO: Oclusión ambiental de alta definición
La HDAO es un tipo de oclusión ambiental más eficaz que la HBAO . Se basa en un concepto más adaptativo: cuantas más muestras necesita un punto , mayor es su probabilidad de ser ocluido por los objetos circundantes . Las muestras son como puntos de vista tomados alrededor de un punto para ver si está iluminado o no.
Por ejemplo :
- Si estás en una habitación oscura, necesitarás muchas muestras para ver si estás bloqueado por un mueble o una pared.
- Si está en una habitación luminosa, necesitará menos muestras para ver si está ocluido por una ventana o una lámpara.
HDAO calcula el número de muestras para cada punto de la pantalla mediante un método que varía dicho número en función de la distancia y el ángulo de los puntos. Luego, compara el número de muestras con los puntos vecinos para determinar si proyectan sombras. De ser así, oscurece el punto según el nivel de sombra.
Ventajas : Es de alta calidad y eficiente. Utiliza un número óptimo de muestras por punto, lo que evita la pérdida de calidad o el desperdicio de recursos. Esto da como resultado sombras más detalladas y profundas, mejorando la calidad general de la escena.
Desventajas : Es incompatible y difícil de configurar. No funciona con todos los juegos 3D; estos deben usar un motor gráfico específico, como el de AMD o Ubisoft. También depende de la configuración del jugador, quien debe elegir el número mínimo y máximo de muestras, así como el radio y la intensidad de la oclusión.
VXAO: Oclusión ambiental acelerada por vóxeles
VXAO es un tipo de oclusión ambiental más avanzado que la HDAO . Se basa en una idea más integral: cuanto más precisa sea la representación voxelizada de un punto de la escena , mayor será la probabilidad de que sea ocluida por los objetos circundantes . La representación voxelizada es como un modelo 3D que reproduce la escena con pequeños cubos llamados vóxeles.
Por ejemplo: si tienes una casa en voxels, podrás ver todos los detalles de su estructura e iluminación.
Por lo tanto, el VXAO crea una representación voxelizada de la escena en la pantalla mediante un método llamado trazado de cono de vóxel . El trazado de cono de vóxel consiste en enviar conos virtuales en todas direcciones desde cada punto para ver qué vóxeles bloquean la luz.
A continuación, compara la representación voxelizada de los puntos vecinos para determinar si proyectan sombras. De ser así, oscurece el punto según el nivel de sombra.
Ventajas : Es detallado y profundo. Utiliza una representación voxelizada completa y precisa de la escena, lo que permite capturar todos los posibles efectos de oclusión, incluyendo los causados por objetos en movimiento o múltiples fuentes de luz. Por lo tanto, crea sombras muy finas y profundas que aumentan la profundidad de la escena.
Desventajas : Consume muchos recursos y es limitado. Requiere crear una representación voxelizada de la escena, lo que consume muchos recursos, especialmente memoria de video. No es compatible con todos los juegos 3D; estos deben usar un motor gráfico específico, como el de Nvidia o Square Enix.
Oclusión ambiental en los videojuegos actuales
La oclusión ambiental es una técnica de renderizado gráfico utilizada en muchos videojuegos actuales. Mejora el realismo y la inmersión del jugador mediante la creación de efectos de sombras y contraste que añaden profundidad y dimensión a las escenas 3D. Aquí hay algunos ejemplos de juegos que utilizan oclusión ambiental:
- Red Dead Redemption 2 : Este juego de acción y aventuras de mundo abierto, desarrollado por Rockstar Games, utiliza HDAO para crear sombras suaves y realistas tanto en entornos naturales como urbanos. El juego también incluye un modo foto que permite capturar imágenes con diversos ajustes de oclusión ambiental.
- Metro Exodus : Este juego de disparos en primera persona, desarrollado por 4A Games, utiliza VXAO para crear sombras sutiles y profundas en entornos postapocalípticos. El juego también emplea una técnica llamada Iluminación Global , que combina la oclusión ambiental con la difusión de la luz para crear efectos dinámicos de color e iluminación.
- Assassin's Creed Valhalla : Este RPG de acción de mundo abierto desarrollado por Ubisoft utiliza HBAO+ para crear sombras nítidas y precisas en entornos históricos y mitológicos. El juego también emplea una técnica llamada Reflejos del Espacio de Pantalla , que combina la oclusión ambiental con el reflejo de la luz para crear efectos realistas de espejo y agua.
Para habilitar y ajustar la oclusión ambiental en la configuración gráfica del juego, generalmente necesitas acceder al menú de opciones avanzadas, donde puedes elegir el tipo y la intensidad de la oclusión ambiental. También debes considerar los efectos de la oclusión ambiental en el rendimiento del sistema y el consumo de energía. De hecho, cuanto mayor sea la oclusión ambiental, más recursos consume la unidad de procesamiento gráfico (GPU) y la tarjeta gráfica, lo que puede provocar una disminución de la velocidad de fotogramas o un aumento de la temperatura del sistema.
La oclusión ambiental en el futuro de los videojuegos
La oclusión ambiental es una técnica de renderizado gráfico que aún presenta limitaciones y desafíos. Depende de la calidad y precisión de los algoritmos utilizados, así como de la potencia y compatibilidad de los sistemas involucrados. A continuación, se presentan algunas posibles maneras de mejorar la oclusión ambiental:
El uso del trazado de rayos
El trazado de rayos es una de renderizado gráfico que simula la trayectoria de los rayos de luz en una escena 3D , considerando sus interacciones con objetos y materiales. El trazado de rayos permite un cálculo más realista y preciso de la oclusión ambiental que las técnicas actuales, pero también requiere muchos más recursos.
Por ello, se deben utilizar tarjetas gráficas especiales, como las de Nvidia o AMD, que integran unidades dedicadas al trazado de rayos.
El uso de la inteligencia artificial
La inteligencia artificial es una técnica que utiliza algoritmos capaces de aprender y evolucionar en función de los datos proporcionados. Por lo tanto, la inteligencia artificial puede utilizarse para optimizar los cálculos de oclusión ambiental adaptando el número de muestras o el radio de oclusión según la escena o el movimiento.
También puede utilizarse para corregir artefactos o imprecisiones causados por las técnicas actuales, mediante redes neuronales o modelos preentrenados. Sin embargo, este uso de la inteligencia artificial también plantea cuestiones sociales y económicas. Solo en Francia, el uso de la IA elimina 217 puestos de trabajo .
También se puede utilizar para corregir artefactos o imprecisiones causadas por las técnicas actuales, utilizando redes neuronales o modelos pre-entrenados.
El uso de la realidad virtual
La realidad virtual es una técnica que sumerge al jugador en un entorno 3D mediante un visor o gafas especiales . Por lo tanto, la realidad virtual puede beneficiarse de la oclusión ambiental, que mejora el realismo y la profundidad de la escena.
Sin embargo, también presenta desafíos, como la necesidad de una velocidad de fotogramas alta y constante para evitar náuseas o dolores de cabeza. Por lo tanto, se deben utilizar técnicas de oclusión ambiental adaptadas a la realidad virtual, como el renderizado foveado , que reduce la calidad gráfica de las áreas periféricas del campo de visión.
Por lo tanto, las perspectivas futuras de la oclusión ambiental son numerosas y prometedoras. Puede contribuir a la creación de videojuegos 3D más atractivos y realistas, pero también debe adaptarse a las nuevas tecnologías y a las nuevas demandas de los jugadores.
Preguntas frecuentes
¿Qué es la luz ambiental?
La luz ambiental es la luz que proviene de todas las direcciones e ilumina la escena de manera uniforme. No tiene una fuente específica; es el resultado de la dispersión de la luz por la atmósfera, las nubes, las paredes, etc.
La luz ambiental se utiliza a menudo en los videojuegos para crear una iluminación básica , que luego puede complementarse con fuentes de luz directa, como el sol, lámparas, fuegos, etc.
¿Cuál es la diferencia entre la oclusión ambiental y las sombras proyectadas?
sombras proyectadas son las que proyectan los objetos al ser iluminados por una fuente de luz directa. Dependen de la posición y la forma del objeto, así como de la dirección y la distancia de la fuente de luz. Las sombras proyectadas se utilizan a menudo en los videojuegos para crear contraste y profundidad entre los objetos y el fondo.
La oclusión ambiental es la sombra que proyectan los objetos al ser iluminados por luz ambiental. Depende de la proximidad y la orientación de los objetos entre sí, así como del radio y la intensidad de la luz ambiental. La oclusión ambiental se utiliza a menudo en videojuegos para crear realismo y detalles finos en los objetos.
¿Cómo activo o desactivo la oclusión ambiental en un videojuego?
Para activar o desactivar la oclusión ambiental en un videojuego, normalmente necesitas acceder al menú de opciones gráficas , donde encontrarás una opción dedicada a ella. Puede ser un simple botón de activación/desactivación o un control deslizante que te permite elegir el nivel de oclusión ambiental.
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¿Cuál es el impacto de la oclusión ambiental en el rendimiento de los videojuegos?
La oclusión ambiental tiene un impacto en el rendimiento de los videojuegos, ya que requiere más cálculos de la unidad de procesamiento gráfico ( GPU ) y de la tarjeta gráfica.
Cuanto mayor sea el nivel o tipo de oclusión ambiental, más recursos consumirá . Esto puede provocar una disminución de los fotogramas por segundo (FPS), que mide la fluidez del juego, o un aumento de la temperatura del sistema, lo que puede causar sobrecalentamiento o ralentizaciones.
¿Cuál es el beneficio de la oclusión ambiental para el jugador?
La ventaja de la oclusión ambiental para el jugador es que hace que el videojuego sea más atractivo e inmersivo . Permite crear efectos de sombra y contraste que aportan relieve y profundidad a los objetos 3D.
También permite colores más naturales y armoniosos. Por lo tanto, la oclusión ambiental contribuye a crear una atmósfera más realista en los videojuegos.
