L'occlusione ambientale è una tecnica di rendering grafico che simula gli effetti della luce ambientale su oggetti 3D. Si tratta di oscurare le aree in cui la luce viene bloccata o riflessa da altri oggetti, creando ombre morbide e contrasti realistici.

L'occlusione ambientale è importante per il realismo dei videogiochi 3D perché aggiunge profondità e rilievo alla scena, tenendo conto della geometria e dell'orientamento degli oggetti.

Esistono diversi tipi di occlusione ambientale, che si basano su algoritmi e parametri diversi, offrendo risultati più o meno fedeli ed efficienti.

Perché l'occlusione ambientale è importante per i videogiochi 3D?

L'occlusione ambientale è importante per i videogiochi 3D perché aggiunge profondità e sollievo alla scena. Permette di distinguere gli oggetti gli uni dagli altri, in base alla loro forma e orientamento. Inoltre rende i colori più naturali , evitando che siano troppo chiari o troppo scuri. L'occlusione ambientale rende quindi i videogiochi 3D più belli e più coinvolgenti .

Quali sono i diversi tipi di occlusione ambientale?

Esistono diversi tipi di occlusione ambientale, che si basano su metodi e parametri diversi. Questi tipi di occlusione ambientale hanno nomi complicati, come SSAO, HBAO, HDAO o VXAO. Ma non preoccuparti, ti spiegheremo cosa significa e come funziona.

La SSAO: Screen Space Ambient Occlusion

SSAO più semplice e comune di occlusione ambientale . Si basa su un'idea semplice: più due oggetti sono vicini tra loro , più si proiettano un'ombra l'uno sull'altro . SSAO misura quindi la distanza tra gli oggetti sullo schermo, utilizzando un'immagine chiamata z-buffer .

Lo z-buffer è come una mappa che indica la distanza tra ogni punto sullo schermo e la fotocamera. Quindi, l'SSAO confronta la distanza tra punti vicini per sapere se proiettano ombra o meno. In tal caso, scurisce il punto in base al livello dell'ombra.

• Vantaggi : è facile e veloce da realizzare, si adatta ai movimenti della telecamera e degli oggetti e funziona con tutti i giochi 3D.
• Svantaggi : non tiene conto della direzione o del colore degli oggetti, non distingue tra oggetti vicini e lontani e non gestisce bene i bordi o le trasparenze. Può quindi creare ombre troppo scure, troppo sfocate o mal posizionate, che risultano poco realistiche.

L'HBAO: occlusione ambientale basata sull'orizzonte

HBAO è un tipo di occlusione ambientale più avanzato rispetto a SSAO . Si basa su un'idea più complessa: più un oggetto ha un orizzonte alto , più luce ambientale riceve . L'orizzonte di un oggetto è come la sua linea di vista verso il cielo.

Per esempio :

• Se sei in cima a una montagna, hai un orizzonte molto alto, perché vedi molto cielo.
• Se sei in una valle, hai l'orizzonte più basso, perché vedi meno cielo.

L'HBAO misura quindi l'orizzonte di ogni punto sullo schermo, utilizzando un'immagine chiamata buffer normale . Il buffer normale è come una mappa che indica la direzione della superficie di ciascun punto . Quindi, l'HBAO confronta l'orizzonte dei punti vicini per sapere se proiettano ombra o meno. In tal caso, scurisce il punto in base al livello dell'ombra.

• Vantaggi : è più preciso e più realistico dell'SSAO. Tiene conto della direzione e del colore degli oggetti, distingue tra oggetti vicini e lontani e gestisce meglio bordi e trasparenze. Crea quindi ombre più fini, più nette e meglio posizionate, che rafforzano il realismo della scena.
• Svantaggi : è più costoso e più complesso del SSAO. Richiede la misurazione dell’orizzonte di ciascun punto, il che richiede più risorse. Dipende anche dalla qualità del buffer normale, che può essere impreciso o rumoroso. Non funziona con tutti i giochi 3D, devono fornire il buffer normale o utilizzare un motore grafico compatibile.

HDAO: occlusione ambientale ad alta definizione

L'HDAO è un tipo di occlusione ambientale più efficiente dell'HBAO . Si basa su un'idea più adattiva: più campioni necessita un punto , maggiore è la probabilità che venga occluso dagli oggetti circostanti . I campioni sono come punti di vista che prendiamo attorno a un punto per vedere se è illuminato o meno.

Per esempio :

• Se ti trovi in ​​una stanza buia, hai bisogno di molti campioni per vedere se sei occluso da un mobile o da un muro.
• Se ti trovi in ​​una stanza luminosa, avrai bisogno di meno campioni per vedere se sei occluso da una finestra o da una lampada.

L'HDAO calcola quindi il numero di campioni da ciascun punto sullo schermo , utilizzando un metodo che varia il numero di campioni a seconda della distanza e dell'angolo dei punti. Quindi confronta il numero di campioni provenienti da punti vicini per scoprire se proiettano ombra o meno. In tal caso, scurisce il punto in base al livello dell'ombra.

Vantaggi : è di qualità ed efficiente. Utilizza un numero ottimale di campioni per ciascun punto, evitando perdite di qualità o sprechi di risorse. Crea quindi ombre più dettagliate e profonde, che migliorano la qualità della scena.

Svantaggi : è incompatibile e difficile da adattare. Non funziona con tutti i giochi 3D, devono utilizzare un motore grafico specifico, come quello di AMD o quello di Ubisoft. Dipende anche dalle impostazioni del giocatore, che deve scegliere il numero minimo e massimo di campioni, nonché il raggio e l'intensità dell'occlusione.

VXAO: Occlusione ambientale accelerata da Voxel

VXAO è un tipo di occlusione ambientale più avanzato rispetto a HDAO . Si basa su un'idea più completa: più un punto ha una rappresentazione voxelizzata della scena precisa , più è probabile che venga occluso dagli oggetti circostanti . La rappresentazione voxelizzata è come un modello 3D che riproduce la scena con piccoli cubi chiamati voxel.

Ad esempio: se hai una casa in voxel, puoi vedere tutti i dettagli della sua struttura e della sua illuminazione.

Il VXAO crea quindi una rappresentazione voxelizzata della scena sullo schermo, utilizzando un metodo chiamato voxel cone tracing . Il tracciamento dei coni di voxel è come inviare coni virtuali in tutte le direzioni da ciascun punto per vedere quali voxel bloccano la luce.

Quindi confronta la rappresentazione voxelizzata dei punti vicini per sapere se proiettano ombra o meno. In tal caso, scurisce il punto in base al livello dell'ombra.

Pro : È dettagliato e profondo. Utilizza una rappresentazione voxelizzata completa e accurata della scena, che aiuta a catturare tutti i possibili effetti di occlusione, compresi quelli dovuti a oggetti dinamici o fonti di luce. multiplo. Crea quindi ombre molto fini e molto profonde, che aumentano la profondità della scena.

Svantaggi : è avido e limitato. Richiede la creazione di una rappresentazione voxelizzata della scena, che richiede molte risorse, in particolare memoria video. Non è compatibile con tutti i giochi 3D, devono utilizzare un motore grafico specifico, come quello di Nvidia o quello di Square Enix.

Occlusione ambientale nei videogiochi attuali

L'occlusione ambientale è una tecnica di rendering grafico presente in molti videogiochi attuali. Migliora l'immersione del giocatore effetti di ombra e contrasto che danno rilievo e profondità alle scene 3D. Ecco alcuni esempi di giochi che utilizzano l'occlusione ambientale:

• Red Dead Redemption 2 : questo gioco di azione e avventura open-world sviluppato da Rockstar Games utilizza HDAO per creare ombre morbide e realistiche in ambienti naturali e urbani. Il gioco presenta anche una modalità foto che consente ai giocatori di catturare immagini con diverse impostazioni di occlusione ambientale.
• Metro Exodus : questo sparatutto in prima persona sviluppato da 4A Games utilizza VXAO per creare ombre sottili e profonde in ambienti post-apocalittici. Il gioco utilizza anche una tecnica chiamata Global Illumination , che combina l'occlusione ambientale con la diffusione della luce, per creare colori dinamici ed effetti di luce.
• Assassin's Creed Valhalla : questo gioco di ruolo d'azione open-world sviluppato da Ubisoft utilizza HBAO+ per creare ombre nitide e precise in ambienti storici e mitologici. Il gioco utilizza anche una tecnica chiamata Screen Space Reflections , che combina l'occlusione ambientale con il riflesso della luce, per creare effetti realistici di specchi e acqua.

Per attivare e regolare l'occlusione ambientale nelle impostazioni grafiche dei giochi, generalmente è necessario accedere al menu delle opzioni avanzate, dove è possibile scegliere il tipo e l'intensità dell'occlusione ambientale. È inoltre necessario considerare gli effetti dell'occlusione ambientale sulle prestazioni del sistema e sul consumo energetico. Questo perché maggiore è l'occlusione ambientale, più richiede risorse alla GPU e alla scheda grafica, il che può portare ad un calo del numero di fotogrammi al secondo o ad un aumento della temperatura del sistema.

L'occlusione ambientale nel futuro dei videogiochi

L'occlusione ambientale è una tecnica di rendering grafico che presenta ancora limiti e sfide. Dipende infatti dalla qualità e precisione degli algoritmi utilizzati, nonché dalla potenza e compatibilità dei sistemi utilizzati. Ecco alcuni modi possibili per migliorare l'occlusione ambientale:

L'uso del ray-tracing

Il ray tracing tecnica di rendering grafico che consiste nel simulare il percorso dei raggi luminosi nella scena 3D , tenendo conto delle interazioni con oggetti e materiali. Il ray tracing permette quindi di calcolare l'occlusione ambientale in maniera più realistica e precisa rispetto alle tecniche attuali, ma richiede anche molte più risorse.

È quindi necessario utilizzare schede grafiche apposite, come quelle di Nvidia o AMD, che integrino unità dedicate al ray tracing.

L'uso dell'intelligenza artificiale

L’intelligenza artificiale è una tecnica che consiste nell’utilizzare algoritmi capaci di apprendere ed evolversi in base ai dati forniti. L'intelligenza artificiale può quindi essere utilizzata per ottimizzare il calcolo dell'occlusione ambientale , adattando il numero di campioni o il raggio di occlusione a seconda della scena o del movimento.

Può anche essere utilizzato per correggere artefatti o imprecisioni causati dalle tecniche attuali, utilizzando reti neurali o modelli pre-addestrati. Ma questo utilizzo dell’intelligenza artificiale solleva anche questioni sociali ed economiche. sola , l’uso dell’intelligenza artificiale uccide 217 posti di lavoro .

Può anche essere utilizzato per correggere artefatti o imprecisioni causati dalle tecniche attuali, utilizzando reti neurali o modelli pre-addestrati.

L'uso della realtà virtuale

La realtà virtuale è una tecnica che consiste nell'immergere il giocatore in un ambiente 3D immersivo , utilizzando un visore o occhiali speciali . La realtà virtuale può quindi beneficiare dell'occlusione ambientale, che rafforza il realismo e la profondità della scena.

Ma pone anche dei vincoli, come la necessità di avere un numero elevato e costante di immagini al secondo , per evitare nausea o mal di testa. È quindi necessario utilizzare tecniche di occlusione ambientale adatte alla realtà virtuale, come il Foveated Rendering , che consiste nel ridurre la qualità grafica delle aree periferiche del campo visivo.

Le prospettive future dell’occlusione ambientale sono quindi numerose e promettenti. Può aiutare a creare videogiochi 3D più belli e realistici, ma deve anche adattarsi alle nuove tecnologie e alle nuove esigenze dei giocatori.

Domande frequenti

Cos'è la luce ambientale?

La luce ambientale è la luce che proviene da tutte le direzioni e illumina uniformemente la scena. Non ha una fonte precisa, è il risultato della diffusione della luce da parte dell'atmosfera, delle nuvole, dei muri, ecc.

La luce ambientale viene spesso utilizzata nei videogiochi per creare un'illuminazione di base , che può poi essere integrata con fonti di luce dirette, come il sole, lampade, fuochi, ecc.

Qual è la differenza tra occlusione ambientale e ombre esterne?

Le ombre proiettate sono le ombre create dagli oggetti quando illuminati da una fonte di luce diretta. Dipendono dalla posizione e dalla forma dell'oggetto, nonché dalla direzione e dalla distanza della sorgente luminosa. Le ombre esterne vengono spesso utilizzate nei videogiochi per creare contrasto e profondità tra gli oggetti e lo sfondo.

L'occlusione ambientale è l'ombra creata dagli oggetti quando illuminati dalla luce ambientale. Dipende dalla vicinanza e dall'orientamento degli oggetti tra loro, nonché dal raggio e dall'intensità della luce ambientale. L'occlusione ambientale viene spesso utilizzata nei videogiochi per creare realismo e dettagli precisi negli oggetti.

Come abilitare o disabilitare l'occlusione ambientale in un videogioco?

Per attivare o disattivare l'occlusione ambientale in un videogioco, generalmente bisogna menu delle opzioni grafiche del gioco Può essere un semplice pulsante di accensione/spegnimento o uno slider che consente di scegliere il livello di occlusione ambientale.

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In che modo l'occlusione ambientale influisce sulle prestazioni dei videogiochi?

L'occlusione ambientale influisce sulle prestazioni dei videogiochi perché richiede più calcoli da parte del processore grafico ( GPU ) e della scheda grafica.

Maggiore è il livello o il tipo di occlusione ambientale, maggiori saranno le risorse consumate . Ciò può causare un calo dei fotogrammi al secondo (FPS), che misura la fluidità del gioco, o un aumento della temperatura del sistema, che può causare surriscaldamenti o rallentamenti.

Qual è il vantaggio dell'occlusione ambientale per il giocatore?

Il vantaggio dell'occlusione ambientale per il giocatore è che rende il videogioco più bello e coinvolgente . Permette di creare effetti di ombra e contrasto che donano rilievo e profondità agli oggetti 3D.

Inoltre rende i colori più naturali e più armoniosi. L'occlusione ambientale aiuta quindi a creare un'atmosfera e un'ambientazione più realistiche nel videogioco.