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

Omgivelsesokklusjon er viktig for realismen til 3D-videospill fordi det gir dybde og lettelse til scenen, og tar hensyn til objekters geometri og orientering.

Det finnes forskjellige typer okklusjon i omgivelsene, som er basert på forskjellige algoritmer og parametere, og gir mer eller mindre trofaste og effektive resultater.

Hvorfor er omgivelsesokklusjon viktig for 3D-videospill?

Omgivende okklusjon er viktig for 3D-videospill fordi det gir dybde og lettelse til scenen. Det gjør at objekter kan skilles fra hverandre, basert på deres form og orientering. Det gjør også farger mer naturlige , og hindrer dem i å bli for lyse eller for mørke. Omgivende okklusjon gjør derfor 3D-videospill vakrere og mer oppslukende .

Hva er de forskjellige typene okklusjon i omgivelsene?

Det finnes ulike typer omgivende okklusjon, som er basert på ulike metoder og parametere. Disse typene omgivende okklusjon har kompliserte navn, som SSAO, HBAO, HDAO eller VXAO. Men ikke bekymre deg, vi vil forklare deg hva det betyr og hvordan det fungerer.

SSAO: Screen Space Ambient Okklusjon

SSAO enkleste og vanligste typen okklusjon i omgivelsene . Den er basert på en enkel idé: Jo nærmere to objekter er hverandre , jo mer skygger de på hverandre . SSAO måler derfor avstanden mellom objekter på skjermen, ved å bruke et bilde som kalles z-buffer .

Z-bufferen er som et kart som angir avstanden mellom hvert punkt på skjermen og kameraet. Deretter sammenligner SSAO avstanden mellom nabopunkter for å finne ut om de kaster skygge eller ikke. I så fall blir punktet mørkere basert på skyggenivået.

• Fordeler : det er raskt og enkelt å gjøre, det tilpasser seg bevegelsene til kameraet og objektene, 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 transparenter godt. Det kan derfor lage skygger som er for mørke, for uskarpe eller dårlig plassert, som ikke er særlig realistiske.

HBAO: Horisontbasert omgivende okklusjon

HBAO er en mer avansert type omgivende okklusjon enn SSAO . Den er basert på en mer kompleks idé: jo høyere et objekt har en horisont , jo mer omgivelseslys mottar det . Horisonten til et objekt er som dets siktlinje til himmelen.

For eksempel :

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

HBAO måler derfor horisonten til hvert punkt på skjermen ved å bruke et bilde som kalles normal buffer . Normalbufferen er som et kart som indikerer retningen til overflaten til hvert punkt . Deretter sammenligner HBAO horisonten til nabopunkter for å vite om de kaster skygge eller ikke. I så fall blir punktet mørkere basert på skyggenivået.

• Fordeler : den er mer presis og mer realistisk enn SSAO. Den tar hensyn til objekters retning og farge, den skiller mellom nære og fjerne objekter, og den håndterer kanter og transparenter bedre. Det skaper derfor finere, skarpere og bedre plasserte skygger, som forsterker realismen i scenen.
• Ulemper : det er dyrere og mer komplekst enn SSAO. Det krever måling av horisonten til hvert punkt, noe som krever mer ressurser. Det avhenger også av kvaliteten på den normale bufferen, som kan være upresis eller støyende. Det fungerer ikke med alle 3D-spill, de må gi normal buffer eller bruke en kompatibel grafikkmotor.

HDAO: High Definition Ambient Okklusjon

HDAO er en mer effektiv type okklusjon i omgivelsene enn HBAO . Den er basert på en mer adaptiv idé: jo flere prøver et punkt trenger , desto mer sannsynlig er det at det blir okkludert av omkringliggende objekter . Prøver er som synspunkter som vi tar rundt et punkt for å se om det er tent 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 lukket av et vindu eller en lampe.

HDAO beregner derfor antall prøver fra hvert punkt på skjermen ved å bruke en metode som varierer antall prøver avhengig av avstanden og vinkelen til punktene. Deretter sammenligner den antall prøver fra nabopunkter for å finne ut om de kaster skygge eller ikke. I så fall blir punktet mørkere basert på skyggenivået.

Fordeler : det er kvalitet og effektivt. Den bruker et optimalt antall prøver for hvert punkt, noe som unngår kvalitetstap eller bortkastede ressurser. Det skaper derfor mer detaljerte og dypere skygger, som forbedrer kvaliteten på scenen.

Ulemper : den er uforenlig og vanskelig å justere. Det fungerer ikke med alle 3D-spill, de må bruke en spesifikk grafikkmotor, som AMD eller Ubisoft. Det avhenger også av spillerens innstillinger, hvem som må velge minimum og maksimum antall prøver, samt radius og intensiteten til okklusjonen.

VXAO: Voxel Accelerated Ambient Okklusjon

VXAO er en mer avansert type omgivende okklusjon enn HDAO . Den er basert på en mer fullstendig idé: jo mer presist et punkt har en vokselisert representasjon av scenen , jo mer sannsynlig er det å bli okkludert av omkringliggende objekter . Den vokseliserte representasjonen er som en 3D-modell som gjengir scenen med små kuber kalt voxels.

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

VXAO lager derfor en vokselisert representasjon av scenen på skjermen, ved å bruke en metode som kalles voxel cone tracing . Voxel-kjeglesporing er som å sende virtuelle kjegler i alle retninger fra hvert punkt for å se hvilke voksler som blokkerer lyset.

Deretter sammenligner den den vokseliserte representasjonen av nabopunkter for å vite om de kaster skygge eller ikke. I så fall blir punktet mørkere basert på skyggenivået.

Fordeler : Den er detaljert og dyp. Den bruker en fullstendig og nøyaktig vokselisert representasjon av scenen, som hjelper til med å fange opp alle mulige okklusjonseffekter, inkludert de som skyldes dynamiske objekter eller lyskilder. flere. Det skaper derfor veldig fine og veldig dype skygger, som øker dybden i scenen.

Ulemper : den er grådig og begrenset. Det krever å lage en vokselisert representasjon av scenen, som krever mye ressurser, spesielt videominne. Det er ikke kompatibelt med alle 3D-spill, de må bruke en spesifikk grafikkmotor, slik som Nvidia eller Square Enix.

Ambient okklusjon i nåværende videospill

Ambient occlusion er en grafikkgjengivelsesteknikk som finnes i mange aktuelle videospill. Den spillerens innlevelse skygge- og kontrasteffekter som gir relieff og dybde til 3D-scener. Her er noen eksempler på spill som bruker omgivende okklusjon:

• Red Dead Redemption 2 : Dette action-eventyrspillet i åpen verden utviklet av Rockstar Games bruker HDAO for å skape myke, realistiske skygger i naturlige og urbane miljøer. Spillet har også en fotomodus som lar spillere ta bilder med forskjellige okklusjonsinnstillinger.
• Metro Exodus : Dette førstepersonsskytespillet utviklet av 4A Games bruker VXAO for å skape fine, dype skygger i postapokalyptiske miljøer. Spillet bruker også en teknikk kalt Global Illumination , som kombinerer okklusjon i omgivelsene med lysdiffusjon, for å skape dynamiske farge- og lyseffekter.
• Assassin's Creed Valhalla : Dette action-RPG-spillet i 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 okklusjon i omgivelsene med lysrefleksjon, for å skape realistiske speil- og vanneffekter.

For å aktivere og justere omgivende okklusjon i grafikkinnstillingene til spill, må du vanligvis få tilgang til menyen for avanserte alternativer, hvor du kan velge type og intensitet for okklusjon i omgivelsene. Effektene av okklusjon i omgivelsene på systemytelse og strømforbruk må også vurderes. Dette er fordi jo høyere omgivelsesokklusjonen er, desto mer krever den ressurser fra GPU og grafikkort, noe som kan føre til et fall i antall bilder per sekund eller en økning i systemtemperatur.

Ambient okklusjon i fremtiden til videospill

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

Bruk av strålesporing

Strålesporing grafikkgjengivelsesteknikk som består i å simulere banen til lysstråler i 3D-scenen og tar hensyn til interaksjoner med objekter og materialer. Strålesporing gjør det derfor mulig å beregne omgivende okklusjon på en mer realistisk og presis måte enn dagens teknikker, men det krever også mange flere ressurser.

Det er derfor nødvendig å bruke spesielle grafikkort, som de fra Nvidia eller AMD, som integrerer enheter dedikert til ray tracing.

Bruk av kunstig intelligens

Kunstig intelligens er en teknikk som består av å bruke algoritmer som er i stand til å lære og utvikle seg basert på dataene som er gitt. Kunstig intelligens kan derfor brukes til å optimalisere beregningen av okklusjon i omgivelsene , ved å tilpasse antall prøver eller okklusjonsradius avhengig av scenen eller bevegelsen.

Den kan også brukes til å korrigere artefakter eller unøyaktigheter forårsaket av gjeldende teknikker, ved å bruke nevrale nettverk eller forhåndstrente modeller. Men denne bruken av kunstig intelligens reiser også sosiale og økonomiske spørsmål. Bare dreper bruken av kunstig intelligens 217 arbeidsplasser .

Den kan også brukes til å korrigere artefakter eller unøyaktigheter forårsaket av gjeldende teknikker, ved å bruke nevrale nettverk eller forhåndstrente modeller.

Bruken av virtuell virkelighet

Virtuell virkelighet er en teknikk som består av å senke spilleren inn i et oppslukende 3D-miljø , ved hjelp av et hodesett eller spesielle briller . Virtuell virkelighet kan derfor dra nytte av okklusjon i omgivelsene, som forsterker realismen og dybden i scenen.

Men det utgjør også begrensninger, for eksempel behovet for å ha et høyt og konstant antall bilder per sekund , for å unngå kvalme eller hodepine. Det er derfor nødvendig å bruke omgivende okklusjonsteknikker tilpasset virtuell virkelighet, slik som Foveated Rendering , som består i å redusere den grafiske kvaliteten til perifere områder av synsfeltet.

Fremtidsutsiktene for okklusjon i omgivelsene er derfor mange og lovende. Det kan bidra til å skape vakrere og realistiske 3D-videospill, men det må også tilpasse seg nye teknologier og nye spillerkrav.

Vanlige spørsmål

Hva er omgivelseslys?

Omgivelseslys er lys som kommer fra alle retninger og jevnt opplyser scenen. Den har ikke en presis kilde, den er et resultat av spredning av lys av atmosfæren, skyer, vegger, etc.

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

Hva er forskjellen mellom omgivende okklusjon og skygger?

Kasteskygger er skyggene som gjenstander lager når de blir opplyst av en direkte lyskilde. De avhenger av objektets posisjon og form, samt retningen og avstanden til lyskilden. Slagskygger brukes ofte i videospill for å skape kontrast og dybde mellom objekter og bakgrunnen.

Omgivende okklusjon er skyggen som objekter lager når de blir opplyst av omgivelseslys. Det avhenger av nærheten og orienteringen til gjenstander til hverandre, samt radius og intensiteten til omgivelseslyset. Omgivende okklusjon brukes ofte i videospill for å skape realisme og fine detaljer i objekter.

Hvordan aktivere eller deaktivere omgivende okklusjon i et videospill?

For å aktivere eller deaktivere omgivende okklusjon i et videospill, må du vanligvis få spillets grafikkalternativmeny Det kan være en enkel av/på-knapp, eller en glidebryter som lar deg velge nivået for okklusjon i omgivelsene.

Les også : Skyspill, den underutnyttede fremtiden til videospillindustrien?

Hvordan påvirker omgivelsesokklusjon videospillytelsen?

Omgivende okklusjon påvirker videospillytelsen fordi det krever flere beregninger fra grafikkprosessoren ( GPU ) og grafikkortet.

Jo høyere nivå eller type okklusjon i omgivelsene er, jo mer ressurser bruker den . Dette kan forårsake et fall i bilder per sekund (FPS), som måler spillets jevnhet, eller en økning i systemtemperaturen, som kan forårsake overoppheting eller nedgang.

Hva er fordelen med okklusjon i omgivelsene for spilleren?

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

Det gjør også fargene mer naturlige og mer harmoniske. Ambient occlusion bidrar derfor til å skape en mer realistisk atmosfære og stemning i videospillet.