A oclusão ambiental é uma técnica de renderização gráfica que simula os efeitos da luz ambiente em objetos 3D. Envolve escurecer áreas onde a luz é bloqueada ou refletida por outros objetos, criando sombras suaves e contrastes realistas.

A oclusão de ambiente é importante para o realismo dos videogames 3D porque adiciona profundidade e relevo à cena, levando em consideração a geometria e a orientação dos objetos.

Existem diferentes tipos de oclusão de ambiente, que se baseiam em diferentes algoritmos e parâmetros, oferecendo resultados mais ou menos fiéis e eficientes.

Por que a oclusão ambiental é importante para videogames 3D?

A oclusão de ambiente é importante para videogames 3D porque adiciona profundidade e relevo à cena. Permite distinguir os objetos uns dos outros, com base na sua forma e orientação. Também torna as cores mais naturais , evitando que fiquem muito claras ou muito escuras. A oclusão de ambiente, portanto, torna os videogames 3D mais bonitos e envolventes .

Quais são os diferentes tipos de oclusão ambiental?

Existem diferentes tipos de oclusão ambiental, que se baseiam em diferentes métodos e parâmetros. Esses tipos de oclusão ambiental têm nomes complicados, como SSAO, HBAO, HDAO ou VXAO. Mas não se preocupe, explicaremos o que isso significa e como funciona.

O SSAO: Oclusão de ambiente no espaço da tela

SSAO mais simples e comum de oclusão ambiental . Baseia-se numa ideia simples: quanto mais próximos dois objetos estão um do outro , mais eles projetam sombra um sobre o outro . O SSAO mede, portanto, a distância entre objetos na tela, usando uma imagem chamada z-buffer .

O z-buffer é como um mapa que indica a distância entre cada ponto da tela e a câmera. Em seguida, o SSAO compara a distância entre os pontos vizinhos para saber se eles projetam sombra ou não. Nesse caso, escurece o ponto com base no 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 borradas ou mal posicionadas, que não são muito realistas.

O HBAO: Oclusão Ambiental Baseada no Horizonte

HBAO é um tipo de oclusão ambiental mais avançado que SSAO . Baseia-se 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 está no mouse de uma montanha, você tem um horizonte muito alto, porque vê muito céu.
• Se você está em um vale, você tem um horizonte mais baixo, porque vê menos céu.

O HBAO mede, portanto, o horizonte de cada ponto da tela, usando uma imagem chamada buffer normal . O buffer normal é como um mapa que indica a direção da superfície de cada ponto . Em seguida, o HBAO compara o horizonte dos pontos vizinhos para saber se eles projetam sombra ou não. Nesse caso, escurece o ponto com base no nível de sombra.

• Vantagens : é mais preciso e mais realista que o SSAO. Leva em consideração a direção e a cor dos objetos, diferencia objetos próximos e distantes e lida melhor com bordas e transparências. Cria, portanto, sombras mais finas, nítidas e melhor posicionadas, que reforçam o realismo da cena.
• Desvantagens : é mais caro e mais complexo que o SSAO. Requer medir o horizonte de cada ponto, o que exige mais recursos. Também depende da qualidade do buffer normal, que pode ser impreciso ou barulhento. Não funciona com todos os jogos 3D, eles devem fornecer o buffer normal ou usar um mecanismo gráfico compatível.

HDAO: Oclusão de ambiente de alta definição

HDAO é um tipo de oclusão ambiental mais eficiente que HBAO . É baseado em uma ideia mais adaptativa: quanto mais amostras um ponto precisar , maior será a probabilidade de ele ser obstruído por objetos circundantes . As amostras são como pontos de vista que tomamos em torno de um ponto para ver se ele está aceso ou não.

Por exemplo :

• Se você estiver em um quarto escuro, precisará de muitas amostras para ver se está obstruído por um móvel ou parede.
• Se você estiver em uma sala iluminada, precisará de menos amostras para ver se está obstruído por uma janela ou lâmpada.

O HDAO calcula, portanto, o número de amostras de cada ponto da tela , utilizando um método que varia o número de amostras dependendo da distância e do ângulo dos pontos. Em seguida, compara o número de amostras de pontos vizinhos para descobrir se elas projetam sombra ou não. Nesse caso, escurece o ponto com base no nível de sombra.

Vantagens : é de qualidade e eficiente. Utiliza um número ideal de amostras para cada ponto, o que evita perdas de qualidade ou desperdício de recursos. Portanto, cria sombras mais detalhadas e profundas, que melhoram a qualidade da cena.

Desvantagens : é incompatível e difícil de ajustar. Não funciona com todos os jogos 3D, eles devem utilizar um motor gráfico específico, como o da AMD ou o da Ubisoft. Depende também das configurações do jogador, que deve escolher o número mínimo e máximo de amostras, bem como o raio e a intensidade da oclusão.

VXAO: Oclusão de ambiente acelerada por voxel

VXAO é um tipo de oclusão ambiental mais avançado que HDAO . Baseia-se em uma ideia mais completa: quanto mais preciso um ponto tiver uma representação voxelizada da cena , maior será a probabilidade de ele ser ocluído pelos objetos circundantes . A representação voxelizada é como um modelo 3D que reproduz a cena com pequenos cubos chamados voxels.

Por exemplo: se você tem uma casa em voxels, poderá ver todos os detalhes de sua estrutura e sua iluminação.

O VXAO, portanto, cria uma representação voxelizada da cena na tela, usando um método chamado voxel cone tracing . O rastreamento do cone 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 saber se eles projetam sombra ou não. Nesse caso, escurece o ponto com base no nível de sombra.

Prós : É detalhado e profundo. Ele usa uma representação voxelizada completa e precisa da cena, o que ajuda a capturar todos os efeitos de oclusão possíveis, incluindo aqueles devidos a objetos dinâmicos ou fontes de luz. múltiplo. Portanto, cria sombras muito finas e profundas, que aumentam a profundidade da cena.

Desvantagens : é ganancioso e limitado. Requer a criação de uma representação voxelizada da cena, o que requer muitos recursos, principalmente memória de vídeo. Não é compatível com todos os jogos 3D, eles devem utilizar um motor gráfico específico, como o da Nvidia ou o da Square Enix.

Oclusão de ambiente nos videogames atuais

A oclusão de ambiente é uma técnica de renderização gráfica presente em muitos videogames atuais. Melhora a imersão do jogador efeitos de sombra e contraste que dão relevo e profundidade às cenas 3D. Aqui estão alguns exemplos de jogos que usam oclusão de ambiente:

• Red Dead Redemption 2 : Este jogo de ação e aventura em mundo aberto desenvolvido pela Rockstar Games usa HDAO para criar sombras suaves e realistas em ambientes naturais e urbanos. O jogo também possui um modo de foto que permite aos jogadores capturar imagens com diferentes configurações de oclusão de ambiente.
• Metro Exodus : Este jogo de tiro em primeira pessoa desenvolvido pela 4A Games usa VXAO para criar sombras finas e profundas em ambientes pós-apocalípticos. O jogo também utiliza uma técnica chamada Global Illumination , que combina oclusão ambiental com difusão de luz, para criar cores dinâmicas e efeitos de iluminação.
• Assassin's Creed Valhalla : Este jogo de RPG de ação de mundo aberto desenvolvido pela Ubisoft usa HBAO+ para criar sombras nítidas e precisas em ambientes históricos e mitológicos. O jogo também utiliza uma técnica chamada Screen Space Reflections , que combina oclusão ambiental com reflexão de luz, para criar efeitos realistas de espelho e água.

Para ativar e ajustar a oclusão de ambiente nas configurações gráficas dos jogos, geralmente é necessário acessar o menu de opções avançadas, onde é possível escolher o tipo e a intensidade da oclusão de ambiente. Os efeitos da oclusão ambiental no desempenho do sistema e no consumo de energia também devem ser considerados. Isso porque quanto maior a oclusão do ambiente, mais ele demanda recursos da GPU e da placa gráfica, o que pode levar à queda na quantidade de quadros por segundo ou ao aumento da temperatura do sistema.

Oclusão ambiental no futuro dos videogames

A oclusão de ambiente é uma técnica de renderização gráfica que ainda apresenta limitações e desafios. Depende, de facto, da qualidade e precisão dos algoritmos utilizados, bem como da potência e compatibilidade dos sistemas utilizados. Aqui estão algumas maneiras possíveis de melhorar a oclusão ambiental:

O uso de traçado de raio

Ray tracing técnica de renderização gráfica que consiste em simular o caminho dos raios de luz na cena 3D , levando em consideração as interações com objetos e materiais. O traçado de raio permite, portanto, calcular a oclusão ambiental de uma forma mais realista e precisa do que as técnicas atuais, mas também requer muito mais recursos.

É portanto necessário utilizar placas gráficas especiais, como as da Nvidia ou AMD, que integram unidades dedicadas ao ray tracing.

O uso de inteligência artificial

A inteligência artificial é uma técnica que consiste na utilização de algoritmos capazes de aprender e evoluir com base nos dados fornecidos. A inteligência artificial pode, portanto, ser utilizada para otimizar o cálculo da oclusão ambiental , adaptando o número de amostras ou o raio de oclusão dependendo da cena ou do movimento.

Também pode ser utilizado para corrigir artefatos ou imprecisões causadas por técnicas atuais, utilizando redes neurais ou modelos pré-treinados. Mas esta utilização da inteligência artificial também levanta questões sociais e económicas. Só , a utilização da IA ​​mata 217 empregos .

Também pode ser utilizado para corrigir artefatos ou imprecisões causadas por técnicas atuais, utilizando redes neurais ou modelos pré-treinados.

O uso da realidade virtual

A realidade virtual é uma técnica que consiste na imersão do jogador em um ambiente 3D imersivo , utilizando fones de ouvido ou óculos especiais . A realidade virtual pode, portanto, beneficiar da oclusão ambiental, que reforça o realismo e a profundidade da cena.

Mas também impõe constrangimentos, como a necessidade de ter um número elevado e constante de imagens por segundo , para evitar náuseas ou dores de cabeça. É portanto necessária a utilização de técnicas de oclusão de ambiente adaptadas à realidade virtual, como o Foveated Rendering , que consiste em reduzir a qualidade gráfica das zonas periféricas do campo de visão.

As perspectivas futuras da oclusão ambiental são, portanto, numerosas e promissoras. Pode ajudar a criar videogames 3D mais bonitos e realistas, mas também deve se adaptar às novas tecnologias e aos novos requisitos 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 de maneira uniforme. Não possui fonte precisa, é resultado da difusão da luz pela atmosfera, nuvens, paredes, etc.

A luz ambiente é frequentemente usada em videogames para criar iluminação básica , que pode então ser complementada com fontes de luz direta, como o sol, lâmpadas, fogueiras, etc.

Qual é a diferença entre oclusão de ambiente e sombras projetadas?

Sombras projetadas são as sombras que os objetos criam quando iluminados por uma fonte de luz direta. Eles dependem da posição e formato do objeto, bem como da direção e distância da fonte de luz. As sombras projetadas são frequentemente usadas em videogames para criar contraste e profundidade entre os objetos e o fundo.

A oclusão ambiental é a sombra que os objetos fazem quando iluminados pela luz ambiente. Depende da proximidade e orientação dos objetos entre si, bem como do raio e intensidade da luz ambiente. A oclusão de ambiente é frequentemente usada em videogames para criar realismo e detalhes finos em objetos.

Como ativar ou desativar a oclusão ambiental em um videogame?

Para ativar ou desativar a oclusão ambiental em um videogame, geralmente você precisa menu de opções gráficas do jogo Pode ser um simples botão liga/desliga ou um controle deslizante que permite escolher o nível de oclusão do ambiente.

Leia também : Jogos em nuvem, o futuro subexplorado da indústria de videogames?

Como a oclusão ambiental afeta o desempenho dos videogames?

A oclusão de ambiente impacta o desempenho dos videogames porque requer mais cálculos do processador gráfico ( GPU ) e da placa gráfica.

Quanto maior o nível ou tipo de oclusão ambiental, mais recursos ela consome . Isso pode causar queda nos quadros por segundo (FPS), que mede a suavidade do jogo, ou aumento na temperatura do sistema, o que pode causar superaquecimento ou lentidão.

Qual é o benefício da oclusão ambiental para o jogador?

O benefício da oclusão de ambiente para o jogador é que ela torna o videogame mais bonito e envolvente . Permite criar efeitos de sombra e contraste que dão relevo e profundidade aos objetos 3D.

Também torna as cores mais naturais e harmoniosas. A oclusão de ambiente, portanto, ajuda a criar uma atmosfera e um ambiente mais realistas no videogame.