A oclusão ambiental é uma técnica de renderização gráfica que simula os efeitos da luz ambiente em objetos 3D. Consiste em escurecer áreas onde a luz é bloqueada ou refletida por outros objetos, criando sombras suaves e contrastes realistas.
A oclusão ambiental é importante para o realismo dos jogos de vídeo 3D, pois adiciona profundidade e relevo à cena, levando em consideração a geometria e a orientação dos objetos.
Existem diferentes tipos de oclusão ambiental, que se baseiam em diferentes algoritmos e parâmetros, oferecendo resultados mais ou menos fiéis e eficazes.
Por que a oclusão ambiental é importante para jogos de vídeo 3D?
A oclusão ambiental é importante para jogos 3D porque adiciona profundidade e dimensão à cena. Ela permite que os jogadores distingam objetos uns dos outros com base em sua forma e orientação. Também faz com que as cores pareçam mais naturais , evitando que fiquem muito claras ou muito escuras. Portanto, a oclusão ambiental torna os jogos 3D mais atraentes visualmente e imersivos .
Quais são os diferentes tipos de oclusão ambiental?
Existem diferentes tipos de oclusão ambiental, cada um baseado em métodos e parâmetros distintos. Esses tipos de oclusão ambiental têm nomes complexos, como SSAO, HBAO, HDAO ou VXAO. Mas não se preocupe, vamos explicar o que significam e como funcionam.
SSAO: Oclusão Ambiental no Espaço da Tela
SSAO mais simples e comum de oclusão ambiental . Baseia-se numa ideia simples: quanto mais próximos dois objetos estiverem um do outro , mais sombras projetarão um sobre o outro . O SSAO , portanto, mede a distância entre os objetos na tela, usando uma imagem chamada z-buffer .
O buffer Z funciona como um mapa que mostra a distância entre cada ponto na tela e a câmera. Em seguida, o SSAO compara a distância entre pontos vizinhos para determinar se eles projetam sombras. Caso positivo, ele escurece o ponto de acordo com o nível de sombra.
- Vantagens : É rápido e fácil de fazer, adapta-se aos movimentos da câmera e dos objetos e funciona com todos os jogos 3D.
- Desvantagens : não leva em consideração a direção ou a cor dos objetos, não diferencia entre objetos próximos e distantes e não lida bem com bordas ou transparências. Portanto, pode criar sombras muito escuras, muito desfocadas ou mal posicionadas, o que as torna pouco realistas.
HBAO: Oclusão Ambiental Baseada no Horizonte
O HBAO é um tipo mais avançado de oclusão ambiental do que o SSAO . Ele se baseia em uma ideia mais complexa: quanto mais alto o horizonte de um objeto , mais luz ambiente ele recebe . O horizonte de um objeto é como sua linha de visão para o céu.
Por exemplo :
- Se você estiver no mouse de uma montanha, terá um horizonte muito amplo, pois poderá ver grande parte do céu.
- Se você estiver em um vale, seu horizonte será mais baixo porque você vê menos céu.
O HBAO mede o horizonte de cada ponto na tela usando uma imagem chamada buffer de normais . O buffer de normais funciona como um mapa que mostra a direção da superfície de cada ponto . Em seguida, o HBAO compara o horizonte dos pontos vizinhos para determinar se eles projetam sombras. Caso positivo, ele escurece o ponto de acordo com o nível de sombra.
- Vantagens : É mais preciso e realista do que o SSAO. Leva em consideração a direção e a cor dos objetos, diferencia entre objetos próximos e distantes e lida melhor com bordas e transparências. Portanto, cria sombras mais finas, nítidas e bem posicionadas, aumentando o realismo da cena.
- Desvantagens : É mais caro e complexo que o SSAO. Requer a medição do horizonte de cada ponto, o que demanda mais recursos. Também depende da qualidade do buffer de normais, que pode ser impreciso ou ruidoso. Não funciona com todos os jogos 3D; eles precisam fornecer o buffer de normais ou usar um motor gráfico compatível.
HDAO: Oclusão Ambiental de Alta Definição
HDAO é um tipo de oclusão ambiental mais eficaz do que HBAO . Baseia-se num conceito mais adaptativo: quanto mais amostras um ponto necessita , maior a probabilidade de ser ocluído por objetos circundantes . As amostras são como pontos de vista captados em torno de um ponto para verificar se este está iluminado ou não.
Por exemplo :
- Se você estiver em um quarto escuro, precisará de muitas amostras para verificar se há algum móvel ou parede bloqueando a visão.
- Se você estiver em um ambiente bem iluminado, precisará de menos amostras para verificar se a luz está obstruída por uma janela ou uma lâmpada.
O HDAO calcula o número de amostras para cada ponto na tela , usando um método que varia o número de amostras com base na distância e no ângulo dos pontos. Em seguida, compara o número de amostras com os pontos vizinhos para determinar se projetam sombras. Caso positivo, escurece o ponto de acordo com o nível de sombra.
Vantagens : É de alta qualidade e eficiente. Utiliza um número ideal de amostras para cada ponto, o que evita perda de qualidade ou desperdício de recursos. Isso resulta em sombras mais detalhadas e profundas, melhorando a qualidade geral da cena.
Desvantagens : É incompatível e difícil de configurar. Não funciona com todos os jogos 3D; eles precisam usar um motor gráfico específico, como o da AMD ou da Ubisoft. Também depende das configurações do jogador, que precisa escolher o número mínimo e máximo de amostras, bem como o raio e a intensidade da oclusão.
VXAO: Oclusão Ambiental Acelerada por Voxel
O VXAO é um tipo mais avançado de oclusão ambiental do que o HDAO . Ele se baseia em uma ideia mais abrangente: quanto mais precisa for a representação voxelizada de um ponto na cena , maior a probabilidade de ele ser ocluído por objetos ao redor . A representação voxelizada é como um modelo 3D que reproduz a cena com pequenos cubos chamados voxels.
Por exemplo: se você tiver uma casa em voxels, poderá ver todos os detalhes de sua estrutura e iluminação.
O VXAO, portanto, cria uma representação voxelizada da cena na tela, usando um método chamado rastreamento de cones de voxel . O rastreamento de cones de voxel é como enviar cones virtuais em todas as direções a partir de cada ponto para ver quais voxels estão bloqueando a luz.
Em seguida, compara a representação voxelizada dos pontos vizinhos para determinar se projetam sombras ou não. Caso positivo, escurece o ponto de acordo com o nível de sombra.
Vantagens : É detalhado e profundo. Utiliza uma representação voxelizada completa e precisa da cena, o que permite capturar todos os possíveis efeitos de oclusão, incluindo aqueles causados por objetos em movimento ou múltiplas fontes de luz. Consequentemente, cria sombras muito finas e profundas, que aumentam a sensação de profundidade da cena.
Desvantagens : É um método que consome muitos recursos e tem limitações. Requer a criação de uma representação voxelizada da cena, o que demanda recursos significativos, principalmente memória de vídeo. Não é compatível com todos os jogos 3D; eles precisam usar um motor gráfico específico, como o da Nvidia ou o da Square Enix.
Oclusão ambiental em jogos de vídeo atuais
A oclusão ambiental é uma técnica de renderização gráfica usada em muitos jogos atuais. Ela aprimora o realismo e a imersão do jogador, criando efeitos de sombra e contraste que adicionam profundidade e dimensão às cenas 3D. Aqui estão alguns exemplos de jogos que utilizam oclusão ambiental:
- Red Dead Redemption 2 : Este jogo de ação e aventura em mundo aberto, desenvolvido pela Rockstar Games, utiliza HDAO para criar sombras suaves e realistas tanto em ambientes naturais quanto urbanos. O jogo também conta com um modo foto que permite aos jogadores capturar imagens com diversas configurações de oclusão ambiental.
- Metro Exodus : Este jogo de tiro em primeira pessoa desenvolvido pela 4A Games utiliza VXAO para criar sombras sutis e profundas em ambientes pós-apocalípticos. O jogo também emprega uma técnica chamada Iluminação Global , que combina oclusão ambiental com difusão de luz para criar efeitos dinâmicos de cor e iluminação.
- Assassin's Creed Valhalla : Este RPG de ação em mundo aberto, desenvolvido pela Ubisoft, utiliza HBAO+ para criar sombras nítidas e precisas em ambientes históricos e mitológicos. O jogo também utiliza uma técnica chamada Reflexos de Espaço de Tela , que combina oclusão ambiental com reflexão de luz para criar efeitos realistas de espelhos e água.
Para ativar e ajustar a oclusão ambiental nas configurações gráficas do jogo, geralmente é necessário acessar o menu de opções avançadas, onde você pode escolher o tipo e a intensidade da oclusão ambiental. Você também deve considerar os efeitos da oclusão ambiental no desempenho do sistema e no consumo de energia. De fato, quanto maior a oclusão ambiental, mais recursos serão exigidos da unidade de processamento gráfico (GPU) e da placa de vídeo, o que pode levar a uma diminuição na taxa de quadros ou a um aumento na temperatura do sistema.
Oclusão ambiental no futuro dos videogames
A oclusão ambiental é uma técnica de renderização gráfica que ainda apresenta limitações e desafios. Ela depende da qualidade e precisão dos algoritmos utilizados, bem como da potência e compatibilidade dos sistemas envolvidos. Aqui estão algumas maneiras possíveis de aprimorar a oclusão ambiental:
O uso de traçado de raios
O ray tracing é uma de renderização gráfica que simula o caminho dos raios de luz em uma cena 3D , levando em consideração suas interações com objetos e materiais. O ray tracing permite um cálculo mais realista e preciso da oclusão ambiental do que as técnicas atuais, mas também exige significativamente mais recursos.
Portanto, é necessário utilizar placas gráficas especiais, como as da Nvidia ou da AMD, que integram unidades dedicadas ao ray tracing.
O uso da inteligência artificial
A inteligência artificial é uma técnica que utiliza algoritmos capazes de aprender e evoluir com base nos dados fornecidos. Portanto, a inteligência artificial pode ser usada para otimizar os cálculos de oclusão ambiental , adaptando o número de amostras ou o raio de oclusão de acordo com a cena ou o movimento.
Também pode ser usada para corrigir artefatos ou imprecisões causadas por técnicas atuais, utilizando redes neurais ou modelos pré-treinados. Mas esse uso da inteligência artificial também levanta questões sociais e econômicas. Só na França, o uso da IA elimina 217 empregos .
Também pode ser usado para corrigir artefatos ou imprecisões causadas por técnicas atuais, usando redes neurais ou modelos pré-treinados.
O uso da realidade virtual
A realidade virtual é uma técnica que imerge o jogador em um ambiente 3D usando um headset ou óculos especiais . A realidade virtual pode, portanto, se beneficiar da oclusão ambiental, que aprimora o realismo e a profundidade da cena.
No entanto, também apresenta desafios, como a necessidade de uma taxa de quadros alta e consistente para evitar náuseas ou dores de cabeça. Portanto, técnicas de oclusão ambiental adaptadas à realidade virtual devem ser utilizadas, como a renderização foveada , que reduz a qualidade gráfica das áreas periféricas do campo de visão.
As perspectivas futuras para a oclusão ambiental são, portanto, numerosas e promissoras. Ela pode contribuir para a criação de jogos 3D mais bonitos e realistas, mas também precisa se adaptar às novas tecnologias e às novas demandas dos jogadores.
Perguntas frequentes
O que é luz ambiente?
A luz ambiente é a luz que vem de todas as direções e ilumina a cena uniformemente. Ela não tem uma fonte específica; é o resultado da dispersão da luz pela atmosfera, nuvens, paredes, etc.
A luz ambiente é frequentemente usada em videogames para criar uma iluminação básica , que pode então ser complementada por fontes de luz direta, como o sol, lâmpadas, fogueiras, etc.
Qual a diferença entre oclusão ambiental e sombras projetadas?
Sombras projetadas são as sombras que os objetos criam quando iluminados por uma fonte de luz direta. Elas dependem da posição e da forma do objeto, bem como da direção e da distância da fonte de luz. Sombras projetadas são frequentemente usadas em videogames para criar contraste e profundidade entre os objetos e o fundo.
A oclusão ambiental é a sombra projetada por objetos quando iluminados pela luz ambiente. Ela depende da proximidade e da orientação dos objetos em relação uns aos outros, bem como do raio e da intensidade da luz ambiente. A oclusão ambiental é frequentemente usada em videogames para criar realismo e detalhes precisos nos objetos.
Como faço para ativar ou desativar a oclusão ambiental em um videogame?
Para ativar ou desativar a oclusão ambiental em um videogame, geralmente é necessário acessar o menu de opções gráficas do jogo , onde você encontrará uma configuração dedicada à oclusão ambiental. Essa configuração pode ser um simples botão liga/desliga ou um controle deslizante que permite escolher o nível de oclusão ambiental.
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Qual o impacto da oclusão ambiental no desempenho de jogos eletrônicos?
A oclusão ambiental impacta o desempenho dos jogos, pois exige mais cálculos da unidade de processamento gráfico ( GPU ) e da placa de vídeo.
Quanto maior o nível ou tipo de oclusão ambiental, mais recursos são consumidos . Isso pode levar a uma queda na taxa de quadros por segundo (FPS), que mede a fluidez do jogo, ou a um aumento na temperatura do sistema, o que pode causar superaquecimento ou lentidão.
Qual é o benefício da oclusão ambiental para o jogador?
A vantagem da oclusão ambiental para o jogador é que ela torna o videogame mais bonito e imersivo . Ela permite a criação de efeitos de sombra e contraste que conferem relevo e profundidade aos objetos 3D.
Isso também permite cores mais naturais e harmoniosas. A oclusão ambiental, portanto, contribui para a criação de uma atmosfera e um ambiente mais realistas nos videogames.
