Ambient occlusie is een grafische weergavetechniek die de effecten van omgevingslicht op 3D-objecten simuleert. Het gaat om het verduisteren van gebieden waar licht wordt geblokkeerd of gereflecteerd door andere objecten, waardoor zachte schaduwen en realistische contrasten ontstaan.

Ambient occlusie is belangrijk voor het realisme van 3D-videogames omdat het diepte en reliëf aan de scène toevoegt, rekening houdend met de geometrie en oriëntatie van objecten.

Er zijn verschillende soorten omgevingsocclusie, die gebaseerd zijn op verschillende algoritmen en parameters, en min of meer getrouwe en efficiënte resultaten opleveren.

Waarom is omgevingsocclusie belangrijk voor 3D-videogames?

Ambient occlusie is belangrijk voor 3D-videogames omdat het aan de scène toevoegt Hiermee kunnen objecten van elkaar worden onderscheiden op basis van hun vorm en oriëntatie. Het maakt kleuren ook natuurlijker , waardoor ze niet te licht of te donker worden. Ambient occlusion maakt 3D-videogames daardoor mooier en meeslepender .

Wat zijn de verschillende soorten omgevingsocclusie?

Er zijn verschillende soorten omgevingsocclusie, die gebaseerd zijn op verschillende methoden en parameters. Dit soort omgevingsocclusie heeft ingewikkelde namen, zoals SSAO, HBAO, HDAO of VXAO. Maar maak je geen zorgen, we leggen je uit wat dat betekent en hoe het werkt.

De SSAO: Schermruimte Ambient Occlusion

SSAO eenvoudigste en meest voorkomende type omgevingsocclusie . Het is gebaseerd op een eenvoudig idee: hoe dichter twee objecten bij elkaar , hoe meer ze een schaduw op elkaar werpen . SSAO meet daarom de afstand tussen objecten op het scherm, met behulp van een afbeelding die de z-buffer .

De z-buffer is als een kaart die de afstand aangeeft tussen elk punt op het scherm en de camera. Vervolgens vergelijkt de SSAO de afstand tussen aangrenzende punten om te weten of ze schaduw werpen of niet. Als dat zo is, wordt het punt donkerder op basis van het schaduwniveau.

• Voordelen : het is snel en gemakkelijk uit te voeren, het past zich aan de bewegingen van de camera en objecten aan, en het werkt met alle 3D-spellen.
• Nadelen : Er wordt geen rekening gehouden met de richting of kleur van objecten, er wordt geen onderscheid gemaakt tussen objecten dichtbij en ver weg, en er wordt niet goed omgegaan met randen of transparanten. Het kan daardoor te donkere, te wazige of slecht geplaatste schaduwen maken, die niet erg realistisch zijn.

De HBAO: Horizongebaseerde Ambient Occlusion

HBAO is een geavanceerder type omgevingsocclusie dan SSAO . Het is gebaseerd op een complexer idee: hoe hoger een object een horizon heeft , hoe meer omgevingslicht het ontvangt . De horizon van een object is als de gezichtslijn naar de lucht.

Bijvoorbeeld :

• Als je bovenop een berg staat, heb je een hele hoge horizon, omdat je veel lucht ziet.
• Als je in een dal zit, heb je een lagere horizon, omdat je minder lucht ziet.

De HBAO meet daarom de horizon van elk punt op het scherm, met behulp van een beeld dat de normale buffer . De normale buffer is als een kaart die de richting van het oppervlak van elk punt aangeeft . Vervolgens vergelijkt de HBAO de horizon van aangrenzende punten om te weten of ze schaduw werpen of niet. Als dat zo is, wordt het punt donkerder op basis van het schaduwniveau.

• Voordelen : het is nauwkeuriger en realistischer dan de SSAO. Het houdt rekening met de richting en kleur van objecten, maakt onderscheid tussen objecten dichtbij en ver weg, en gaat beter om met randen en transparanten. Het creëert daardoor fijnere, scherpere en beter geplaatste schaduwen, die het realisme van de scène versterken.
• Nadelen : het is duurder en complexer dan SSAO. Het vereist het meten van de horizon van elk punt, waarvoor meer middelen nodig zijn. Het hangt ook af van de kwaliteit van de normale buffer, die onnauwkeurig of luidruchtig kan zijn. Het werkt niet met alle 3D-games; ze moeten de normale buffer bieden of een compatibele grafische engine gebruiken.

HDAO: High Definition Ambient Occlusion

HDAO is een efficiënter type omgevingsocclusie dan HBAO . Het is gebaseerd op een meer adaptief idee: hoe meer monsters een punt nodig heeft , hoe groter de kans dat het wordt afgedekt door omringende objecten . Monsters zijn een soort gezichtspunten die we rond een punt nemen om te zien of het verlicht is of niet.

Bijvoorbeeld :

• Als je in een donkere kamer bent, heb je veel monsters nodig om te zien of je wordt afgesloten door een meubelstuk of een muur.
• Als u zich in een lichte kamer bevindt, heeft u minder monsters nodig om te zien of u wordt afgesloten door een raam of lamp.

De HDAO berekent daarom het aantal monsters van elk punt op het scherm , met behulp van een methode die het aantal monsters varieert afhankelijk van de afstand en hoek van de punten. Vervolgens vergelijkt het het aantal monsters van aangrenzende punten om erachter te komen of ze schaduw werpen of niet. Als dat zo is, wordt het punt donkerder op basis van het schaduwniveau.

Voordelen : het is kwalitatief en efficiënt. Er wordt voor elk punt een optimaal aantal monsters gebruikt, waardoor kwaliteitsverlies of verspilling van hulpbronnen wordt vermeden. Het creëert daardoor meer gedetailleerde en diepere schaduwen, wat de kwaliteit van de scène verbetert.

Nadelen : het is incompatibel en moeilijk aan te passen. Het werkt niet met alle 3D-games, ze moeten een specifieke grafische engine gebruiken, zoals die van AMD of die van Ubisoft. Het hangt ook af van de instellingen van de speler, die het minimale en maximale aantal monsters moet kiezen, evenals de straal en intensiteit van de occlusie.

VXAO: Voxel versnelde omgevingsocclusie

VXAO is een geavanceerder type omgevingsocclusie dan HDAO . Het is gebaseerd op een completer idee: hoe nauwkeuriger een punt een voxel-weergave van de scène heeft , hoe waarschijnlijker het is dat het wordt afgedekt door omringende objecten . De voxelweergave lijkt op een 3D-model dat de scène reproduceert met kleine kubussen die voxels worden genoemd.

Bijvoorbeeld: als u een huis in voxels heeft, kunt u alle details van de structuur en de verlichting ervan zien.

De VXAO creëert daarom een ​​voxelweergave van de scène op het scherm, met behulp van een methode die voxel cone tracing . Voxel-kegeltracing is hetzelfde als het sturen van virtuele kegels vanuit elk punt in alle richtingen om te zien welke voxels het licht blokkeren.

Vervolgens vergelijkt het de voxelweergave van aangrenzende punten om te bepalen of ze schaduw werpen of niet. Als dat zo is, wordt het punt donkerder op basis van het schaduwniveau.

Voordelen : Het is gedetailleerd en diep. Het maakt gebruik van een volledige en nauwkeurige voxel-weergave van de scène, waardoor alle mogelijke occlusie-effecten kunnen worden vastgelegd, inclusief effecten die het gevolg zijn van dynamische objecten of lichtbronnen. meerdere. Het creëert daardoor zeer fijne en zeer diepe schaduwen, die de diepte van de scène vergroten.

Nadelen : het is hebzuchtig en beperkt. Het vereist het creëren van een voxel-weergave van de scène, waarvoor veel bronnen nodig zijn, met name videogeheugen. Het is niet compatibel met alle 3D-games, ze moeten een specifieke grafische engine gebruiken, zoals die van Nvidia of die van Square Enix.

Ambient occlusie in de huidige videogames

Ambient occlusie is een grafische weergavetechniek die aanwezig is in veel huidige videogames. Het de onderdompeling van de speler schaduw- en contrasteffecten die reliëf en diepte geven aan 3D-scènes. Hier zijn enkele voorbeelden van games die omgevingsocclusie gebruiken:

• Red Dead Redemption 2 : Dit actie-avonturenspel in een open wereld, ontwikkeld door Rockstar Games, gebruikt HDAO om zachte, realistische schaduwen te creëren in natuurlijke en stedelijke omgevingen. De game beschikt ook over een fotomodus waarmee spelers beelden kunnen vastleggen met verschillende omgevingsocclusie-instellingen.
• Metro Exodus : Deze first-person shooter ontwikkeld door 4A Games gebruikt VXAO om fijne, diepe schaduwen te creëren in post-apocalyptische omgevingen. De game maakt ook gebruik van een techniek genaamd Global Illumination , die omgevingsocclusie combineert met lichtdiffusie om dynamische kleur- en lichteffecten te creëren.
• Assassin's Creed Valhalla : Deze actie-RPG-game in een open wereld, ontwikkeld door Ubisoft, gebruikt HBAO+ om scherpe, precieze schaduwen te creëren in historische en mythologische omgevingen. De game maakt ook gebruik van een techniek genaamd Screen Space Reflections , die omgevingsocclusie combineert met lichtreflectie om realistische spiegel- en watereffecten te creëren.

Om omgevingsocclusie in de grafische instellingen van games te activeren en aan te passen, moet je doorgaans het menu met geavanceerde opties openen, waar je het type en de intensiteit van de omgevingsocclusie kunt kiezen. Er moet ook rekening worden gehouden met de effecten van omgevingsocclusie op de systeemprestaties en het energieverbruik. Dit komt omdat hoe hoger de omgevingsocclusie, hoe meer er hulpbronnen van de GPU en grafische kaart worden gevraagd, wat kan leiden tot een daling van het aantal frames per seconde of een stijging van de systeemtemperatuur.

Ambient occlusie in de toekomst van videogames

Ambient occlusie is een grafische weergavetechniek die nog steeds beperkingen en uitdagingen kent. Het hangt in feite af van de kwaliteit en nauwkeurigheid van de gebruikte algoritmen, evenals van de kracht en compatibiliteit van de gebruikte systemen. Hier zijn enkele mogelijke manieren om omgevingsocclusie te verbeteren:

Het gebruik van raytracing

Ray tracing grafische weergavetechniek die bestaat uit het simuleren van het pad van lichtstralen in de 3D-scène , waarbij rekening wordt gehouden met interacties met objecten en materialen. Ray tracing maakt het dus mogelijk om ambient occlusie realistischer en preciezer te berekenen dan de huidige technieken, maar vergt ook veel meer middelen.

Het is daarom noodzakelijk om speciale grafische kaarten te gebruiken, zoals die van Nvidia of AMD, die eenheden voor ray tracing integreren.

Het gebruik van kunstmatige intelligentie

Kunstmatige intelligentie is een techniek die bestaat uit het gebruik van algoritmen die kunnen leren en evolueren op basis van de verstrekte gegevens. Kunstmatige intelligentie kan daarom worden gebruikt om de berekening van omgevingsocclusie te optimaliseren , door het aantal monsters of de occlusieradius aan te passen afhankelijk van de scène of beweging.

Het kan ook worden gebruikt om artefacten of onnauwkeurigheden te corrigeren die worden veroorzaakt door de huidige technieken, met behulp van neurale netwerken of vooraf getrainde modellen. Maar dit gebruik van kunstmatige intelligentie roept ook sociale en economische vragen op. Alleen al kost het gebruik van AI 217 banen .

Het kan ook worden gebruikt om artefacten of onnauwkeurigheden te corrigeren die worden veroorzaakt door de huidige technieken, met behulp van neurale netwerken of vooraf getrainde modellen.

Het gebruik van virtuele realiteit

Virtual reality is een techniek waarbij de speler wordt ondergedompeld in een meeslepende 3D-omgeving , met behulp van een headset of een speciale bril . Virtual reality kan daarom profiteren van ambient occlusie, wat het realisme en de diepte van de scène versterkt.

Maar het brengt ook beperkingen met zich mee, zoals de noodzaak om een ​​hoog en constant aantal beelden per seconde te hebben , om misselijkheid of hoofdpijn te voorkomen. Het is daarom noodzakelijk om omgevingsocclusietechnieken te gebruiken die zijn aangepast aan de virtuele realiteit, zoals Foveated Rendering , die bestaat uit het verminderen van de grafische kwaliteit van perifere gebieden van het gezichtsveld.

De toekomstperspectieven van ambient occlusie zijn daarom talrijk en veelbelovend. Het kan helpen mooiere en realistischere 3D-videogames te creëren, maar het moet zich ook aanpassen aan nieuwe technologieën en nieuwe spelersvereisten.

Veelgestelde vragen

Wat is omgevingslicht?

Omgevingslicht is licht dat uit alle richtingen komt en de scène gelijkmatig verlicht. Het heeft geen precieze bron, het is het resultaat van de verspreiding van licht door de atmosfeer, wolken, muren, enz.

Omgevingslicht wordt in videogames vaak gebruikt om basisverlichting , die vervolgens kan worden aangevuld met directe lichtbronnen, zoals de zon, lampen, vuur enz.

Wat is het verschil tussen omgevingsocclusie en slagschaduwen?

Slagschaduwen zijn de schaduwen die objecten maken wanneer ze worden verlicht door een directe lichtbron. Ze zijn afhankelijk van de positie en vorm van het object, evenals van de richting en afstand van de lichtbron. Slagschaduwen worden vaak gebruikt in videogames om contrast en diepte te creëren tussen objecten en de achtergrond.

Ambient occlusie is de schaduw die objecten maken wanneer ze worden verlicht door omgevingslicht. Het hangt af van de nabijheid en oriëntatie van objecten ten opzichte van elkaar, evenals van de straal en intensiteit van het omgevingslicht. Ambient occlusie wordt vaak gebruikt in videogames om realisme en fijne details in objecten te creëren.

Hoe kan ik omgevingsocclusie in een videogame in- of uitschakelen?

Om omgevingsocclusie in een videogame te activeren of deactiveren, moet je doorgaans menu met grafische opties van de game Het kan een eenvoudige aan/uit-knop zijn, of een schuifregelaar waarmee u het niveau van omgevingsocclusie kunt kiezen.

Lees ook : Cloudgaming, de onderbenutte toekomst van de videogame-industrie?

Welke invloed heeft omgevingsocclusie op de prestaties van videogames?

Omgevingsocclusie heeft invloed op de prestaties van videogames omdat er meer berekeningen van de grafische processor ( GPU ) en grafische kaart nodig zijn.

Hoe hoger het niveau of type omgevingsocclusie, hoe meer hulpbronnen het verbruikt . Dit kan een daling van het aantal frames per seconde (FPS) veroorzaken, wat de soepelheid van het spel meet, of een stijging van de systeemtemperatuur, wat oververhitting of vertragingen kan veroorzaken.

Wat is het voordeel van ambient occlusie voor de speler?

Het voordeel van ambient occlusion voor de speler is dat het de videogame mooier en meeslepender maakt . Hiermee kunt u schaduw- en contrasteffecten creëren die reliëf en diepte geven aan 3D-objecten.

Het maakt de kleuren ook natuurlijker en harmonischer. Ambient occlusie helpt daarom om een ​​meer realistische sfeer en ambiance in de videogame te creëren.