Okluzja otoczenia to technika renderowania grafiki, która symuluje wpływ światła otoczenia na obiekty 3D. Polega na przyciemnieniu obszarów, w których światło jest blokowane lub odbijane przez inne obiekty, tworząc miękkie cienie i realistyczne kontrasty.

Okluzja otoczenia jest ważna dla realizmu gier wideo 3D, ponieważ dodaje głębi i ulgi scenie, biorąc pod uwagę geometrię i orientację obiektów.

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

Dlaczego okluzja otoczenia jest ważna w grach wideo 3D?

Okluzja otoczenia jest ważna w grach wideo 3D, ponieważ scenie głębi i ulgi Umożliwia odróżnienie obiektów od siebie na podstawie ich kształtu i orientacji. Sprawia również kolory stają się bardziej naturalne , zapobiegając ich zbyt jasnym lub zbyt ciemnym. Okluzja otoczenia sprawia zatem, że gry wideo 3D są piękniejsze i bardziej wciągające .

Jakie są różne rodzaje okluzji otoczenia?

Istnieją różne rodzaje okluzji otoczenia, które opierają się na różnych metodach i parametrach. Tego typu okluzja otoczenia ma skomplikowane nazwy, takie jak SSAO, HBAO, HDAO lub VXAO. Ale nie martw się, wyjaśnimy Ci, co to oznacza i jak to działa.

SSAO: Okluzja otoczenia przestrzeni ekranu

SSAO najprostszy i najczęstszy rodzaj okluzji otoczenia . Opiera się na prostym pomyśle: im bliżej siebie , tym bardziej rzucają na siebie cień . SSAO mierzy odległość między obiektami ekranie , używając obrazu zwanego buforem Z.

Bufor Z przypomina mapę wskazującą odległość pomiędzy każdym punktem na ekranie a kamerą. Następnie SSAO porównuje odległość między sąsiednimi punktami, aby wiedzieć, czy rzucają cień, czy nie. Jeśli tak, przyciemnia punkt w oparciu o poziom cienia.

• Zalety : jest szybki i łatwy do wykonania, dostosowuje się do ruchów kamery i obiektów, współpracuje ze wszystkimi grami 3D.
• Wady : Nie uwzględnia kierunku ani koloru obiektów, nie rozróżnia obiektów bliskich i odległych, źle radzi sobie z krawędziami i przezroczystościami. Może zatem tworzyć cienie, które są zbyt ciemne, zbyt rozmyte lub źle umieszczone, co nie jest zbyt realistyczne.

HBAO: okluzja otoczenia oparta na horyzoncie

HBAO jest bardziej zaawansowanym typem okluzji otoczenia niż SSAO . Opiera się na bardziej złożonym pomyśle: im wyżej obiekt ma horyzont , tym więcej światła z otoczenia otrzymuje . Horyzont obiektu jest jak linia jego wzroku w stronę nieba.

Na przykład :

• Jeśli jesteś na szczycie góry, masz bardzo wysoki horyzont, ponieważ widzisz dużo nieba.
• Jeśli jesteś w dolinie, masz niższy horyzont, ponieważ widzisz mniej nieba.

Dlatego HBAO mierzy horyzont każdego punktu na ekranie, używając obrazu zwanego normalnym buforem . Bufor normalny przypomina mapę wskazującą kierunek powierzchni każdego punktu . Następnie HBAO porównuje horyzont sąsiednich punktów, aby wiedzieć, czy rzucają cień, czy nie. Jeśli tak, przyciemnia punkt w oparciu o poziom cienia.

• Zalety : jest bardziej precyzyjny i realistyczny niż SSAO. Uwzględnia kierunek i kolor obiektów, rozróżnia obiekty bliskie i dalekie, lepiej radzi sobie z krawędziami i przezroczystościami. Tworzy zatem delikatniejsze, ostrzejsze i lepiej rozmieszczone cienie, które wzmacniają realizm sceny.
• Wady : jest droższy i bardziej złożony niż SSAO. Wymaga pomiaru horyzontu każdego punktu, co wymaga większych zasobów. Zależy to również od jakości normalnego bufora, który może być nieprecyzyjny lub zaszumiony. Nie działa to ze wszystkimi grami 3D, muszą one zapewniać normalny bufor lub korzystać z kompatybilnego silnika graficznego.

HDAO: okluzja otoczenia w wysokiej rozdzielczości

HDAO jest skuteczniejszym rodzajem okluzji otoczenia niż HBAO . Opiera się na bardziej adaptacyjnym założeniu: im więcej próbek potrzebuje punkt , tym większe jest prawdopodobieństwo, że zostanie zasłonięty przez otaczające go obiekty . Próbki przypominają punkty widzenia, które obserwujemy wokół punktu, aby sprawdzić, czy jest on oświetlony, czy nie.

Na przykład :

• Jeśli znajdujesz się w ciemnym pokoju, potrzebujesz wielu próbek, aby sprawdzić, czy nie jest zasłonięty przez mebel lub ścianę.
• Jeśli znajdujesz się w jasnym pomieszczeniu, potrzebujesz mniejszej liczby próbek, aby sprawdzić, czy nie zasłoniło Cię okno lub lampa.

Dlatego HDAO oblicza liczbę próbek z każdego punktu na ekranie , stosując metodę, która różnicuje liczbę próbek w zależności od odległości i kąta punktów. Następnie porównuje liczbę próbek z sąsiednich punktów, aby dowiedzieć się, czy rzucają cień, czy nie. Jeśli tak, przyciemnia punkt w oparciu o poziom cienia.

Zalety : jakość i wydajność. Wykorzystuje optymalną liczbę próbek dla każdego punktu, co pozwala uniknąć strat jakościowych lub marnowania zasobów. Tworzy zatem bardziej szczegółowe i głębsze cienie, co poprawia jakość sceny.

Wady : jest niezgodny i trudny do dostosowania. Nie działa to ze wszystkimi grami 3D, muszą one korzystać z określonego 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: przyspieszona okluzja otoczenia wokselami

VXAO to bardziej zaawansowany rodzaj okluzji otoczenia niż HDAO . Opiera się na bardziej kompletnej koncepcji: im dokładniejszy punkt ma wokselizowaną reprezentację sceny , tym większe jest prawdopodobieństwo, że zostanie zasłonięty przez otaczające go obiekty . Reprezentacja wokselizowana przypomina model 3D, który odtwarza scenę za pomocą małych sześcianów zwanych wokselami.

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

Dlatego VXAO tworzy wokselizowaną reprezentację sceny na ekranie, korzystając z metody zwanej śledzeniem stożka woksela . Śledzenie stożków wokseli przypomina wysyłanie wirtualnych stożków we wszystkich kierunkach z każdego punktu, aby zobaczyć, które woksele blokują światło.

Następnie porównuje wokselizowaną reprezentację sąsiadujących punktów, aby wiedzieć, czy rzucają cień, czy nie. Jeśli tak, przyciemnia punkt w oparciu o poziom cienia.

Plusy : Jest szczegółowy i głęboki. Wykorzystuje pełną i dokładną wokselizowaną reprezentację sceny, co pomaga uchwycić wszystkie możliwe efekty okluzji, w tym te spowodowane dynamicznymi obiektami lub źródłami światła. wiele. Tworzy zatem bardzo drobne i bardzo głębokie cienie, które zwiększają głębię sceny.

Wady : jest zachłanny i ograniczony. Wymaga stworzenia wokselizowanej reprezentacji sceny, co wymaga dużych zasobów, zwłaszcza pamięci wideo. Nie jest kompatybilny ze wszystkimi grami 3D, muszą one korzystać z określonego silnika graficznego, takiego jak Nvidia lub Square Enix.

Okluzja otoczenia w obecnych grach wideo

Okluzja otoczenia to technika renderowania grafiki obecna w wielu współczesnych grach wideo. Poprawia zanurzenie gracza efekty cienia i kontrastu , które dodają ulgi i głębi scenom 3D. Oto kilka przykładów gier wykorzystujących okluzję otoczenia:

• Red Dead Redemption 2 : Ta przygodowa gra akcji z otwartym światem, opracowana przez Rockstar Games, wykorzystuje technologię HDAO do tworzenia miękkich, realistycznych cieni w środowisku naturalnym i miejskim. Gra posiada również tryb fotograficzny, który pozwala graczom robić zdjęcia przy różnych ustawieniach okluzji otoczenia.
• Metro Exodus : Ta strzelanka pierwszoosobowa opracowana przez 4A Games wykorzystuje VXAO do tworzenia delikatnych, głębokich cieni w postapokaliptycznych środowiskach. W grze zastosowano również technikę zwaną Global Illumination , która łączy okluzję otoczenia z rozpraszaniem światła, aby stworzyć dynamiczne efekty kolorystyczne i świetlne.
• Assassin's Creed Valhalla : Ta gra akcji RPG z otwartym światem, opracowana przez firmę Ubisoft, wykorzystuje technologię HBAO+ do tworzenia ostrych, precyzyjnych cieni w środowiskach historycznych i mitologicznych. W grze zastosowano również technikę zwaną Screen Space Reflections , która łączy okluzję otoczenia z odbiciem światła, aby stworzyć realistyczne efekty lustra i wody.

Aby aktywować i dostosować okluzję otoczenia w ustawieniach graficznych gier, zazwyczaj musisz uzyskać dostęp do menu opcji zaawansowanych, w którym możesz wybrać rodzaj i intensywność okluzji otoczenia. Należy również wziąć pod uwagę wpływ okluzji otoczenia na wydajność systemu i zużycie energii. Dzieje się tak dlatego, że im wyższa okluzja otoczenia, tym większe zapotrzebowanie na zasoby od procesora graficznego i karty graficznej, co może skutkować spadkiem liczby klatek na sekundę lub wzrostem temperatury systemu.

Okluzja otoczenia w przyszłości gier wideo

Okluzja otoczenia to technika renderowania grafiki, która wciąż ma ograniczenia i wyzwania. Zależy to tak naprawdę od jakości i precyzji zastosowanych algorytmów, a także mocy i kompatybilności stosowanych systemów. Oto kilka możliwych sposobów poprawy okluzji otoczenia:

Zastosowanie śledzenia promieni

Ray tracing technika renderowania grafiki , która polega na symulowaniu ścieżki promieni świetlnych w scenie 3D z uwzględnieniem interakcji z obiektami i materiałami. Śledzenie promieni umożliwia zatem obliczenie okluzji otoczenia w bardziej realistyczny i precyzyjny sposób niż obecne techniki, ale wymaga również znacznie więcej zasobów.

Konieczne jest zatem zastosowanie specjalnych kart graficznych, np. od Nvidii czy AMD, które integrują jednostki dedykowane do ray tracingu.

Wykorzystanie sztucznej inteligencji

Sztuczna inteligencja to technika polegająca na wykorzystaniu algorytmów zdolnych do uczenia się i ewolucji na podstawie dostarczonych danych. Sztuczną inteligencję można zatem wykorzystać do optymalizacji obliczeń okluzji otoczenia , dostosowując liczbę próbek lub promień okluzji w zależności od sceny lub ruchu.

Można go również wykorzystać do korygowania artefaktów lub niedokładności spowodowanych obecnymi technikami, przy użyciu sieci neuronowych lub wstępnie wytrenowanych modeli. Jednak takie wykorzystanie sztucznej inteligencji rodzi również pytania społeczne i gospodarcze. samej wykorzystanie sztucznej inteligencji powoduje likwidację 217 miejsc pracy .

Można go również wykorzystać do korygowania artefaktów lub niedokładności spowodowanych obecnymi technikami, przy użyciu sieci neuronowych lub wstępnie wytrenowanych modeli.

Wykorzystanie wirtualnej rzeczywistości

Rzeczywistość wirtualna to technika polegająca na zanurzeniu gracza w immersyjne środowisko 3D , przy wykorzystaniu zestawu słuchawkowego lub specjalnych okularów . Wirtualna rzeczywistość może zatem zyskać na okluzji otoczenia, która wzmacnia realizm i głębię sceny.

Wiąże się to jednak również z ograniczeniami, takimi jak konieczność posiadania dużej i stałej liczby obrazów na sekundę , aby uniknąć nudności i bólów głowy. Konieczne jest zatem stosowanie technik okluzji otoczenia dostosowanych do rzeczywistości wirtualnej, takich jak Foveated Rendering , który polega na obniżeniu jakości graficznej peryferyjnych obszarów pola widzenia.

Perspektywy przyszłości okluzji otoczenia są zatem liczne i obiecujące. Może pomóc w tworzeniu piękniejszych i bardziej realistycznych gier wideo 3D, ale musi także dostosować się do nowych technologii i nowych wymagań graczy.

Często zadawane pytania

Co to jest światło otoczenia?

Światło otoczenia to światło, które dociera ze wszystkich kierunków i równomiernie oświetla scenę. Nie ma ono dokładnego źródła, jest wynikiem rozproszenia światła przez atmosferę, chmury, ściany itp.

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

Jaka jest różnica między okluzją otoczenia a cieniami?

Cienie rzucane to cienie, które obiekty rzucają pod wpływem bezpośredniego źródła światła. Zależą one od położenia i kształtu obiektu, a także kierunku i odległości źródła światła. Cienie są często używane w grach wideo w celu uzyskania kontrastu i głębi między obiektami a tłem.

Okluzja otoczenia to cień, który tworzą obiekty oświetlone światłem otoczenia. Zależy to od bliskości i orientacji obiektów względem siebie, a także promienia i natężenia światła otoczenia. Okluzja otoczenia jest często używana w grach wideo w celu uzyskania realizmu i drobnych szczegółów obiektów.

Jak włączyć lub wyłączyć okluzję otoczenia w grze wideo?

Aby włączyć lub wyłączyć okluzję otoczenia w grze wideo, zazwyczaj musisz uzyskać menu opcji graficznych gry Może to być prosty przycisk włączania/wyłączania lub suwak pozwalający wybrać poziom okluzji otoczenia.

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

Jak okluzja otoczenia wpływa na wydajność gier wideo?

Okluzja otoczenia wpływa na wydajność gier wideo, ponieważ wymaga większej liczby obliczeń od procesora graficznego ( GPU ) i karty graficznej.

Im wyższy poziom lub rodzaj okluzji otoczenia, tym więcej zasobów zużywa . Może to spowodować spadek liczby klatek na sekundę (FPS), która mierzy płynność gry, lub wzrost temperatury systemu, co może spowodować przegrzanie lub spowolnienie.

Jakie są korzyści z okluzji otoczenia dla gracza?

Zaletą okluzji otoczenia dla gracza jest to, że gra wideo staje się piękniejsza i bardziej wciągająca . Umożliwia tworzenie efektów cienia i kontrastu, które nadają ulgę i głębię obiektom 3D.

Sprawia także, że kolory są bardziej naturalne i harmonijne. Okluzja otoczenia pomaga zatem stworzyć bardziej realistyczną atmosferę w grze wideo.