Ambient okklusjon er en grafikkgjengivelsesteknikk som simulerer effektene av omgivelseslys på 3D-objekter. Det innebærer å mørklegge områder der lys blokkeres eller reflekteres av andre objekter, noe som skaper myke skygger og realistiske kontraster.

Omgivelsesokklusjon er viktig for realismen i 3D-videospill, ettersom det gir dybde og relieff til scenen, tatt i betraktning geometrien og orienteringen til objekter.

Det finnes forskjellige typer omgivelsesokklusjon, som er basert på forskjellige algoritmer og parametere, og gir mer eller mindre troverdige og effektive resultater.

Hvorfor er omgivelsesokklusjon viktig for 3D-videospill?

Omgivelsesokklusjon er viktig for 3D-videospill fordi det gir dybde og dimensjon til scenen. Det lar spillere skille objekter fra hverandre basert på form og retning. Det gjør også farger mer naturlige , og forhindrer at de blir for lyse eller for mørke. Omgivelsesokklusjon gjør derfor 3D-videospill mer visuelt tiltalende og oppslukende .

Hva er de forskjellige typene omgivelsesokklusjon?

Det finnes forskjellige typer omgivelsesokklusjon, hver basert på forskjellige metoder og parametere. Disse typene omgivelsesokklusjon har kompliserte navn, som SSAO, HBAO, HDAO eller VXAO. Men ikke bekymre deg, vi skal forklare hva de betyr og hvordan de fungerer.

SSAO: Skjermrom-omgivelsesokklusjon

SSAO enkleste og vanligste typen ambient okklusjon . Den er basert på en enkel idé: jo nærmere to objekter er hverandre , desto flere skygger kaster de på hverandre . SSAO måler derfor avstanden mellom objekter på skjermen ved hjelp av et bilde som kalles z-bufferen .

Z-bufferen er som et kart som viser avstanden mellom hvert punkt på skjermen og kameraet. Deretter sammenligner SSAO avstanden mellom nabopunkter for å avgjøre om de kaster skygger. I så fall mørkner den punktet i henhold til skyggenivået.

• Fordeler : Det er raskt og enkelt å gjøre, det tilpasser seg kamera- og objektbevegelser, og det fungerer med alle 3D-spill.
• Ulemper : den tar ikke hensyn til retningen eller fargen på objekter, den skiller ikke mellom nære og fjerne objekter, og den håndterer ikke kanter eller gjennomsiktighet godt. Derfor kan den lage skygger som er for mørke, for uskarpe eller dårlig plassert, noe som ikke er veldig realistisk.

HBAO: Horisontbasert omgivelsesokklusjon

HBAO er en mer avansert type omgivelsesokklusjon enn SSAO . Den er basert på en mer kompleks idé: jo høyere et objekts horisont er , desto mer omgivelseslys mottar det . Et objekts horisont er som dets synslinje mot himmelen.

For eksempel :

• Hvis du er på toppen av et fjell, har du en veldig høy horisont, fordi du kan se mye av himmelen.
• Hvis du er i en dal, har du en lavere horisont fordi du ser mindre himmel.

HBAO måler horisonten til hvert punkt på skjermen ved hjelp av et bilde som kalles normalbufferen . Normalbufferen er som et kart som viser retningen på overflaten til hvert punkt . Deretter sammenligner HBAO horisonten til nabopunkter for å avgjøre om de kaster skygger. I så fall mørkner den punktet i henhold til skyggenivået.

• Fordeler : Den er mer presis og realistisk enn SSAO. Den tar hensyn til retningen og fargen på objekter, skiller mellom nære og fjerne objekter, og håndterer kanter og gjennomsiktighet bedre. Derfor skaper den tynnere, skarpere og bedre plasserte skygger, noe som forbedrer realismen i scenen.
• Ulemper : Det er dyrere og mer komplekst enn SSAO. Det krever måling av horisonten til hvert punkt, noe som krever flere ressurser. Det avhenger også av kvaliteten på den vanlige bufferen, som kan være unøyaktig eller støyende. Det fungerer ikke med alle 3D-spill; de må tilby den vanlige bufferen eller bruke en kompatibel grafikkmotor.

HDAO: Høydefinisjons omgivelsesokklusjon

HDAO er en mer effektiv type omgivelsesokklusjon enn HBAO . Den er basert på et mer adaptivt konsept: jo flere prøver et punkt trenger , desto større er sjansen for å bli okkludert av omkringliggende objekter . Prøvene er som synspunkter tatt rundt et punkt for å se om det er opplyst eller ikke.

For eksempel :

• Hvis du er i et mørkt rom, trenger du mange prøver for å se om du er blokkert av et møbel eller en vegg.
• Hvis du er i et lyst rom, trenger du færre prøver for å se om du er blokkert av et vindu eller en lampe.

HDAO beregner antall prøver for hvert punkt på skjermen ved hjelp av en metode som varierer antall prøver basert på avstanden og vinkelen til punktene. Deretter sammenligner den antall prøver med nærliggende punkter for å avgjøre om de kaster skygger. I så fall mørkner den punktet i henhold til skyggenivået.

Fordeler : Den er av høy kvalitet og effektiv. Den bruker et optimalt antall prøver for hvert punkt, noe som unngår tap av kvalitet eller sløsing med ressurser. Dette resulterer i mer detaljerte og dypere skygger, noe som forbedrer den generelle kvaliteten på scenen.

Ulemper : Den er inkompatibel og vanskelig å konfigurere. Den fungerer ikke med alle 3D-spill; de må bruke en spesifikk grafikkmotor, for eksempel AMD eller Ubisoft. Det avhenger også av spillerens innstillinger, som må velge minimum og maksimum antall samplinger, samt radius og intensitet på okklusjonen.

VXAO: Voxel-akselerert omgivelsesokklusjon

VXAO er en mer avansert type omgivende okklusjon enn HDAO . Den er basert på en mer omfattende idé: jo mer nøyaktig et punkts vokseliserte representasjon av scenen er , desto mer sannsynlig er det at det blir okkludert av omkringliggende objekter . Den vokseliserte representasjonen er som en 3D-modell som reproduserer scenen med små kuber kalt vokseler.

For eksempel: hvis du har et hus i vokseler, kan du se alle detaljene i strukturen og belysningen.

VXAO lager derfor en vokselisert representasjon av scenen på skjermen ved hjelp av en metode som kalles vokselkjeglesporing . Voxelkjeglesporing er som å sende virtuelle kjegler i alle retninger fra hvert punkt for å se hvilke vokseler som blokkerer lyset.

Deretter sammenligner den den vokseliserte representasjonen av nærliggende punkter for å avgjøre om de kaster skygger eller ikke. I så fall mørkner den punktet i henhold til skyggenivået.

Fordeler : Den er detaljert og dyp. Den bruker en komplett og nøyaktig vokselisert representasjon av scenen, som gjør at den kan fange opp alle mulige okklusjonseffekter, inkludert de som er forårsaket av objekter i bevegelse eller flere lyskilder. Den skaper derfor svært fine og dype skygger, som øker dybden i scenen.

Ulemper : Det er ressurskrevende og begrenset. Det krever at man lager en vokselisert representasjon av scenen, noe som krever betydelige ressurser, spesielt videominne. Det er ikke kompatibelt med alle 3D-spill; de må bruke en spesifikk grafikkmotor, som Nvidia eller Square Enix.

Omgivelsesokklusjon i nåværende videospill

Ambient okklusjon er en grafikkgjengivelsesteknikk som brukes i mange nåværende videospill. Den forbedrer realismen og spillerens fordypning ved å lage skygge- og kontrasteffekter som gir dybde og dimensjon til 3D-scener. Her er noen eksempler på spill som bruker ambient okklusjon:

• Red Dead Redemption 2 : Dette action-eventyrspillet med åpen verden, utviklet av Rockstar Games, bruker HDAO til å lage myke, realistiske skygger i både naturlige og urbane miljøer. Spillet har også en fotomodus som lar spillere ta bilder med forskjellige innstillinger for omgivelsesskjelv.
• Metro Exodus : Dette førstepersonsskytespillet utviklet av 4A Games bruker VXAO til å lage subtile, dype skygger i postapokalyptiske miljøer. Spillet bruker også en teknikk kalt Global Illumination , som kombinerer omgivelsesokklusjon med lysdiffusjon for å skape dynamiske farge- og lyseffekter.
• Assassin's Creed Valhalla : Dette action-RPG-et med åpen verden utviklet av Ubisoft bruker HBAO+ for å lage skarpe, presise skygger i historiske og mytologiske miljøer. Spillet bruker også en teknikk kalt Screen Space Reflections , som kombinerer omgivelsesokklusjon med lysrefleksjon for å skape realistiske speil- og vanneffekter.

For å aktivere og justere omgivelsesokklusjon i spillgrafikkinnstillingene, må du vanligvis gå inn på menyen for avanserte alternativer, der du kan velge type og intensitet av omgivelsesokklusjon. Du bør også vurdere effekten av omgivelsesokklusjon på systemytelse og strømforbruk. Jo høyere omgivelsesokklusjonen er, desto flere ressurser krever den faktisk fra grafikkprosessoren (GPU) og grafikkortet, noe som kan føre til en reduksjon i bildefrekvens eller en økning i systemtemperaturen.

Omgivelsesokklusjon i fremtidens videospill

Ambient okklusjon er en grafikkgjengivelsesteknikk som fortsatt har begrensninger og utfordringer. Det avhenger av kvaliteten og presisjonen til algoritmene som brukes, samt kraften og kompatibiliteten til systemene som er involvert. Her er noen mulige måter å forbedre ambient okklusjon på:

Bruken av strålesporing

Strålesporing er en grafikkgjengivelsesteknikk som simulerer lysstrålenes bane i en 3D-scene , og tar hensyn til deres interaksjon med objekter og materialer. Strålesporing muliggjør en mer realistisk og presis beregning av omgivelsesokklusjon enn nåværende teknikker, men det krever også betydelig mer ressurser.

Derfor må spesielle grafikkort, som de fra Nvidia eller AMD, som integrerer enheter dedikert til strålesporing, brukes.

Bruken av kunstig intelligens

Kunstig intelligens er en teknikk som bruker algoritmer som er i stand til å lære og utvikle seg basert på dataene som gis. Kunstig intelligens kan derfor brukes til å optimalisere beregninger av omgivelsesokklusjon ved å tilpasse antall prøver eller okklusjonsradiusen i henhold til scenen eller bevegelsen.

Det kan også brukes til å korrigere artefakter eller unøyaktigheter forårsaket av nåværende teknikker, ved hjelp av nevrale nettverk eller forhåndstrente modeller. Men denne bruken av kunstig intelligens reiser også sosiale og økonomiske spørsmål. Bare i Frankrike eliminerer bruken av AI 217 jobber .

Det kan også brukes til å korrigere artefakter eller unøyaktigheter forårsaket av nåværende teknikker, ved hjelp av nevrale nettverk eller forhåndstrente modeller.

Bruken av virtuell virkelighet

Virtuell virkelighet er en teknikk som fordyper spilleren i et 3D-miljø ved hjelp av et headset eller spesielle briller . Virtuell virkelighet kan derfor dra nytte av omgivelsesokklusjon, noe som forbedrer realismen og dybden i scenen.

Det byr imidlertid også på utfordringer, som behovet for en høy og konsistent bildefrekvens for å unngå kvalme eller hodepine. Derfor må ambient okklusjonsteknikker tilpasset virtuell virkelighet brukes, som for eksempel Foveated Rendering , som reduserer den grafiske kvaliteten i perifere områder av synsfeltet.

Fremtidsutsiktene for ambient okklusjon er derfor mange og lovende. Det kan bidra til å skape vakrere og mer realistiske 3D-videospill, men det må også tilpasses ny teknologi og nye krav fra spillere.

Vanlige spørsmål

Hva er omgivelseslys?

Omgivelseslys er lys som kommer fra alle retninger og lyser opp scenen jevnt. Det har ingen spesifikk kilde; det er et resultat av lys som spres av atmosfæren, skyer, vegger osv.

Omgivelseslys brukes ofte i videospill for å lage grunnleggende belysning , som deretter kan suppleres med direkte lyskilder, som solen, lamper, peiser osv.

Hva er forskjellen mellom omgivende okklusjon og kastede skygger?

Skygger er skygger som kastes av objekter når de belyses av en direkte lyskilde. De avhenger av objektets posisjon og form, samt retningen og avstanden til lyskilden. Skygger brukes ofte i videospill for å skape kontrast og dybde mellom objekter og bakgrunnen.

Omgivelsesokklusjon er skyggen som kastes av objekter når de belyses av omgivelseslys. Det avhenger av objektenes nærhet og orientering i forhold til hverandre, samt radiusen og intensiteten til omgivelseslyset. Omgivelsesokklusjon brukes ofte i videospill for å skape realisme og fine detaljer i objekter.

Hvordan aktiverer eller deaktiverer jeg omgivelsesokklusjon i et videospill?

For å aktivere eller deaktivere omgivelsesokklusjon i et videospill, må du vanligvis gå inn på spillets grafikkalternativmeny , hvor du finner en innstilling dedikert til omgivelsesokklusjon. Dette kan være en enkel av/på-knapp eller en glidebryter som lar deg velge nivået av omgivelsesokklusjon.

Les også : Skybasert spilling, den uutnyttede fremtiden for videospillindustrien?

Hvilken innvirkning har omgivelsesokklusjon på videospillytelse?

Omgivelsesokklusjon har innvirkning på videospillytelsen, ettersom det krever flere beregninger fra grafikkprosessoren ( GPU ) og grafikkortet.

Jo høyere nivå eller type omgivelsesokklusjon, desto flere ressurser forbrukes . Dette kan føre til et fall i bilder per sekund (FPS), som måler spillets jevnhet, eller en økning i systemtemperaturen, noe som kan forårsake overoppheting eller nedbremsing.

Hva er fordelen med omgivende okklusjon for spilleren?

Fordelen med omgivende okklusjon for spilleren er at det gjør videospillet vakrere og mer oppslukende . Det gir mulighet for å lage skygge- og kontrasteffekter som gir relieff og dybde til 3D-objekter.

Det gir også mer naturlige og harmoniske farger. Omgivelsesbeskyttelse bidrar derfor til å skape en mer realistisk atmosfære og stemning i videospill.