Okluzja otoczenia to technika renderowania graficznego, która symuluje efekty światła otoczenia na obiektach 3D. Polega ona na przyciemnianiu obszarów, w których światło jest blokowane lub odbijane przez inne obiekty, tworząc miękkie cienie i realistyczne kontrasty.

Okluzja otoczenia ma duże znaczenie dla realizmu gier wideo 3D, ponieważ dodaje scenie głębi i reliefu, biorąc pod uwagę geometrię i orientację obiektów.

Istnieją różne rodzaje okluzji otoczenia, które opierają się na różnych algorytmach i parametrach, oferując bardziej lub mniej wierne i skuteczne wyniki.

Dlaczego okluzja otoczenia jest ważna w przypadku gier wideo 3D?

Okluzja otoczenia jest ważna w grach wideo 3D, ponieważ dodaje głębi i wymiaru scenie. Pozwala graczom odróżniać obiekty na podstawie ich kształtu i orientacji. Sprawia również, że kolory wydają się bardziej naturalne , zapobiegając ich zbyt jasnemu lub zbyt ciemnemu wyglądowi. Okluzja otoczenia sprawia zatem, że gry wideo 3D są bardziej atrakcyjne wizualnie i wciągające .

Jakie są różne rodzaje okluzji otoczenia?

Istnieją różne rodzaje okluzji otoczenia, z których każdy opiera się na innych metodach i parametrach. Te rodzaje okluzji otoczenia mają skomplikowane nazwy, takie jak SSAO, HBAO, HDAO lub VXAO. Ale bez obaw, wyjaśnimy, co one oznaczają i jak działają.

SSAO: Okluzja otoczenia przestrzeni ekranu

SSAO najprostszy i najpopularniejszy rodzaj okluzji otoczenia . Opiera się na prostej idei: im bliżej siebie znajdują się dwa obiekty , tym więcej cieni rzucają na siebie . SSAO mierzy zatem odległość między obiektami na ekranie, używając obrazu zwanego buforem Z.

Bufor Z działa jak mapa, która pokazuje odległość między każdym punktem na ekranie a kamerą. Następnie SSAO porównuje odległość między sąsiednimi punktami, aby określić, czy rzucają one cienie. Jeśli tak, przyciemnia punkt zgodnie z poziomem cienia.

• Zalety : Szybkość i łatwość wykonania, dostosowywanie się do ruchów kamery i obiektów, działanie we wszystkich grach 3D.
• Wady : nie uwzględnia kierunku ani koloru obiektów, nie rozróżnia obiektów bliskich i dalekich oraz nie radzi sobie dobrze z krawędziami i przezroczystościami. W związku z tym może tworzyć zbyt ciemne, zbyt rozmyte lub źle umiejscowione cienie, które nie są zbyt realistyczne.

HBAO: Horyzontalna okluzja otoczenia

HBAO to bardziej zaawansowany rodzaj okluzji otoczenia niż SSAO . Opiera się na bardziej złożonej koncepcji: im wyższy horyzont obiektu , tym więcej światła otoczenia otrzymuje . Horyzont obiektu jest jak linia wzroku skierowana ku niebu.

Na przykład :

• Jeśli jesteś na szczycie góry, masz bardzo wysoko położoną linię horyzontu, ponieważ możesz zobaczyć duży fragment nieba.
• Jeśli znajdujesz się w dolinie, linia horyzontu jest niżej, ponieważ widzisz mniej nieba.

HBAO mierzy horyzont każdego punktu na ekranie za pomocą obrazu zwanego buforem normalnym . Bufor normalny przypomina mapę , która pokazuje kierunek powierzchni każdego punktu . Następnie HBAO porównuje horyzont sąsiednich punktów, aby określić, czy rzucają one cienie. Jeśli tak, przyciemnia punkt zgodnie z poziomem cienia.

• Zalety : Jest bardziej precyzyjny i realistyczny niż SSAO. Uwzględnia kierunek i kolor obiektów, rozróżnia obiekty bliskie i dalekie oraz lepiej radzi sobie z krawędziami i przezroczystościami. Dzięki temu tworzy cieńsze, ostrzejsze i lepiej rozmieszczone cienie, zwiększając realizm sceny.
• Wady : Jest droższy i bardziej złożony niż SSAO. Wymaga pomiaru horyzontu każdego punktu, co wymaga większych zasobów. Zależy również od jakości bufora normalnego, który może być niedokładny lub zaszumiony. Nie działa ze wszystkimi grami 3D; muszą one zapewnić bufor normalny lub korzystać ze zgodnego silnika graficznego.

HDAO: okluzja otoczenia o wysokiej rozdzielczości

HDAO to skuteczniejszy rodzaj okluzji otoczenia niż HBAO . Opiera się na bardziej adaptacyjnej koncepcji: im więcej próbek potrzebuje punkt , tym większe prawdopodobieństwo, że zostanie zasłonięty przez otaczające obiekty . Próbki działają jak punkty widzenia widziane wokół punktu, aby sprawdzić, czy jest on oświetlony, czy nie.

Na przykład :

• Jeśli znajdujesz się w ciemnym pomieszczeniu, będziesz potrzebować wielu próbek, aby sprawdzić, czy przeszkadza Ci mebel lub ściana.
• Jeśli znajdujesz się w jasnym pomieszczeniu, będziesz potrzebować mniej próbek, aby stwierdzić, czy jesteś zasłonięty przez okno lub lampę.

HDAO oblicza liczbę próbek dla każdego punktu na ekranie , stosując metodę, która zmienia liczbę próbek w zależności od odległości i kąta padania punktów. Następnie porównuje liczbę próbek z sąsiednimi punktami, aby określić, czy rzucają one cienie. Jeśli tak, przyciemnia punkt zgodnie z poziomem cienia.

Zalety : Wysoka jakość i wydajność. Wykorzystuje optymalną liczbę próbek dla każdego punktu, co pozwala uniknąć utraty jakości i marnotrawstwa zasobów. Efektem są bardziej szczegółowe i głębsze cienie, co poprawia ogólną jakość sceny.

Wady : Niekompatybilność i trudność konfiguracji. Nie działa ze wszystkimi grami 3D; wymagają one użycia konkretnego silnika graficznego, takiego jak AMD lub Ubisoft. Zależy to również od ustawień gracza, który musi wybrać minimalną i maksymalną liczbę próbek, a także promień i intensywność okluzji.

VXAO: Okluzja otoczenia przyspieszona wokselami

VXAO to bardziej zaawansowany rodzaj okluzji otoczenia niż HDAO . Opiera się na bardziej kompleksowej koncepcji: im dokładniejsza jest wokselowa reprezentacja sceny danego punktu , tym większe prawdopodobieństwo, że zostanie on zasłonięty przez otaczające obiekty . Wokselowa reprezentacja przypomina model 3D, który odtwarza scenę za pomocą małych sześcianów zwanych wokselami.

Na przykład: jeśli masz dom przedstawiony w wokselach, możesz zobaczyć wszystkie szczegóły jego konstrukcji i oświetlenia.

VXAO tworzy zatem wokselową reprezentację sceny na ekranie, wykorzystując metodę zwaną śledzeniem stożków wokselowych . Śledzenie stożków wokselowych polega na wysyłaniu wirtualnych stożków we wszystkich kierunkach z każdego punktu, aby sprawdzić, które woksele blokują światło.

Następnie porównuje voxelizowaną reprezentację sąsiednich punktów, aby określić, czy rzucają one cienie, czy nie. Jeśli tak, przyciemnia punkt zgodnie z poziomem cienia.

Zalety : Szczegółowość i głębia. Wykorzystuje pełną i precyzyjną voxelową reprezentację sceny, co pozwala uchwycić wszystkie możliwe efekty okluzyjne, w tym te spowodowane przez poruszające się obiekty lub wiele źródeł światła. Dzięki temu tworzy bardzo drobne i głębokie cienie, które zwiększają głębię sceny.

Wady : Wymaga dużej ilości zasobów i ma ograniczone możliwości. Wymaga tworzenia wokselowej reprezentacji sceny, co wymaga znacznych zasobów, zwłaszcza pamięci wideo. Nie jest kompatybilny ze wszystkimi grami 3D; muszą one korzystać ze specjalnego silnika graficznego, takiego jak Nvidia lub Square Enix.

Okluzja otoczenia w obecnych grach wideo

Okluzja otoczenia to technika renderowania grafiki stosowana w wielu współczesnych grach wideo. Zwiększa realizm i immersję gracza poprzez tworzenie efektów cieni i kontrastu , które dodają głębi i wymiaru scenom 3D. Oto kilka przykładów gier wykorzystujących okluzję otoczenia:

• Red Dead Redemption 2 : Ta gra akcji z otwartym światem, opracowana przez Rockstar Games, wykorzystuje technologię HDAO do tworzenia miękkich, realistycznych cieni zarówno w środowisku naturalnym, jak i miejskim. Gra oferuje również tryb fotograficzny, który pozwala graczom robić zdjęcia z różnymi ustawieniami okluzji otoczenia.
• Metro Exodus : Ta strzelanka pierwszoosobowa opracowana przez 4A Games wykorzystuje technologię VXAO do tworzenia subtelnych, głębokich cieni w postapokaliptycznych lokacjach. Gra wykorzystuje również technikę Global Illumination , która łączy okluzję otoczenia z dyfuzją światła, tworząc dynamiczne efekty kolorystyczne i świetlne.
• Assassin's Creed Valhalla : Ta gra RPG akcji z otwartym światem, opracowana przez Ubisoft, wykorzystuje technologię HBAO+ do tworzenia ostrych, precyzyjnych cieni w historycznych i mitologicznych lokacjach. Gra wykorzystuje również technikę Screen Space Reflections , która łączy okluzję otoczenia z odbiciem światła, aby uzyskać realistyczne efekty lustra i wody.

Aby włączyć i dostosować okluzję otoczenia w ustawieniach grafiki gry, zazwyczaj należy przejść do menu opcji zaawansowanych, gdzie można wybrać rodzaj i intensywność okluzji otoczenia. Należy również wziąć pod uwagę wpływ okluzji otoczenia na wydajność systemu i zużycie energii. Im wyższa okluzja otoczenia, tym więcej zasobów wymaga ona od procesora graficznego (GPU) i karty graficznej, co może prowadzić do spadku liczby klatek na sekundę lub wzrostu temperatury systemu.

Okluzja otoczenia w przyszłości gier wideo

Okluzja otoczenia to technika renderowania grafiki, która wciąż ma swoje ograniczenia i wyzwania. Zależy ona od jakości i precyzji zastosowanych algorytmów, a także od mocy obliczeniowej i kompatybilności systemów. Oto kilka możliwych sposobów na poprawę okluzji otoczenia:

Wykorzystanie śledzenia promieni

Ray tracing to renderowania grafiki , która symuluje przebieg promieni świetlnych w scenie 3D , uwzględniając ich interakcje z obiektami i materiałami. Ray tracing pozwala na bardziej realistyczne i precyzyjne obliczanie okluzji otoczenia niż obecne techniki, ale wymaga również znacznie większych zasobów.

Dlatego konieczne jest zastosowanie specjalnych kart graficznych, np. Nvidia lub AMD, które zawierają jednostki dedykowane ray tracingowi.

Wykorzystanie sztucznej inteligencji

Sztuczna inteligencja to technika wykorzystująca algorytmy zdolne do uczenia się i ewoluowania w oparciu o dostarczone dane. Sztuczna inteligencja może zatem służyć do optymalizacji obliczeń okluzji otoczenia poprzez dostosowywanie liczby próbek lub promienia okluzji do sceny lub ruchu.

Można ją również wykorzystać do korygowania artefaktów lub niedokładności spowodowanych przez obecne techniki, wykorzystując sieci neuronowe lub wstępnie wytrenowane modele. Jednak takie wykorzystanie sztucznej inteligencji rodzi również pytania społeczne i ekonomiczne. W samej Francji wykorzystanie sztucznej inteligencji eliminuje 217 miejsc pracy .

Można go również używać do korygowania artefaktów lub niedokładności powstałych w wyniku stosowania współczesnych technik, wykorzystując sieci neuronowe lub wstępnie wytrenowane modele.

Wykorzystanie rzeczywistości wirtualnej

Rzeczywistość wirtualna to technika, która pozwala graczowi zanurzyć się w trójwymiarowym środowisku za pomocą zestawu słuchawkowego lub specjalnych okularów . Rzeczywistość wirtualna może zatem korzystać z efektu okluzji otoczenia, który zwiększa realizm i głębię sceny.

Wiąże się to jednak również z wyzwaniami, takimi jak konieczność zapewnienia wysokiej i stałej liczby klatek na sekundę (FPS), aby uniknąć nudności i bólów głowy. Dlatego konieczne jest stosowanie technik okluzji otoczenia (Ambient Occlusion) dostosowanych do rzeczywistości wirtualnej, takich jak renderowanie foveated (Foveated Rendering ), które obniża jakość grafiki w peryferyjnych obszarach pola widzenia.

Perspektywy rozwoju okluzji otoczenia są zatem liczne i obiecujące. Może ona przyczynić się do tworzenia piękniejszych i bardziej realistycznych gier wideo 3D, ale musi również dostosować się do nowych technologii i nowych wymagań graczy.

Często zadawane pytania

Czym jest światło otoczenia?

Światło otoczenia to światło padające ze wszystkich kierunków i równomiernie oświetlające scenę. Nie ma konkretnego źródła; powstaje w wyniku rozproszenia światła przez atmosferę, chmury, ściany itp.

Światło otoczenia jest często wykorzystywane w grach wideo do tworzenia podstawowego oświetlenia , które następnie można uzupełnić bezpośrednimi źródłami światła, takimi jak słońce, lampy, ogień itp.

Jaka jest różnica między okluzją otoczenia a cieniem rzucanym?

Cienie rzucane to cienie rzucane przez obiekty oświetlone bezpośrednim źródłem światła. Zależą one od położenia i kształtu obiektu, a także kierunku i odległości źródła światła. Cienie rzucane są często wykorzystywane w grach wideo do tworzenia kontrastu i głębi między obiektami a tłem.

Okluzja otoczenia to cień rzucany przez obiekty oświetlone światłem otoczenia. Zależy ona od bliskości i orientacji obiektów względem siebie, a także od promienia i natężenia światła otoczenia. Okluzja otoczenia jest często wykorzystywana w grach wideo do nadania obiektom realizmu i drobnych szczegółów.

Jak włączyć lub wyłączyć okluzję otoczenia w grze wideo?

Aby włączyć lub wyłączyć okluzję otoczenia w grze wideo, zazwyczaj należy przejść do menu opcji graficznych gry , gdzie znajduje się ustawienie dedykowane okluzji otoczenia. Może to być prosty przycisk włączania/wyłączania lub suwak pozwalający wybrać poziom okluzji otoczenia.

Przeczytaj także : Gry w chmurze – niewykorzystana przyszłość branży gier wideo?

Jaki wpływ ma okluzja otoczenia na wydajność gier wideo?

Okluzja otoczenia ma wpływ na wydajność gier wideo, ponieważ wymaga większej ilości obliczeń od jednostki przetwarzania grafiki ( GPU ) i karty graficznej.

Im wyższy poziom lub rodzaj okluzji otoczenia, tym więcej zasobów zużywa . Może to prowadzić do spadku liczby klatek na sekundę (FPS), która mierzy płynność gry, lub wzrostu temperatury systemu, co może prowadzić do przegrzania lub spowolnień.

Jakie korzyści dla gracza daje okluzja otoczenia?

Zaletą okluzji otoczenia dla gracza jest to, że sprawia, że ​​gra wideo staje się piękniejsza i bardziej wciągająca . Pozwala ona na tworzenie efektów cienia i kontrastu, które nadają trójwymiarowym obiektom głębi i wyrafinowania.

Pozwala również na uzyskanie bardziej naturalnych i harmonijnych kolorów. Okluzja otoczenia przyczynia się zatem do stworzenia bardziej realistycznej atmosfery i klimatu w grach wideo.