Ambient occlusion är en grafikåtergivningsteknik som simulerar effekterna av omgivande ljus på 3D-objekt. Det innebär att mörkare områden där ljus blockeras eller reflekteras av andra föremål, skapar mjuka skuggor och realistiska kontraster.

Omgivningsocklusion är viktigt för realismen i 3D-videospel eftersom det ger djup och lättnad till scenen, med hänsyn till objektens geometri och orientering.

Det finns olika typer av omgivande ocklusion, som är baserade på olika algoritmer och parametrar, vilket ger mer eller mindre trogna och effektiva resultat.

Varför är omgivande ocklusion viktig för 3D-videospel?

Omgivningsocklusion är viktigt för 3D-videospel eftersom det ger djup och lättnad till scenen. Det gör att föremål kan särskiljas från varandra, baserat på deras form och orientering. Det gör också färgerna mer naturliga , vilket förhindrar att de blir för ljusa eller för mörka. Ambient occlusion gör därför 3D-videospel vackrare och mer uppslukande .

Vilka är de olika typerna av omgivande ocklusion?

Det finns olika typer av omgivande ocklusion, som baseras på olika metoder och parametrar. Dessa typer av omgivande ocklusion har komplicerade namn, som SSAO, HBAO, HDAO eller VXAO. Men oroa dig inte, vi kommer att förklara för dig vad det betyder och hur det fungerar.

SSAO: Screen Space Ambient Occlusion

SSAO enklaste och vanligaste typen av omgivande ocklusion . Den bygger på en enkel idé: ju närmare två objekt är varandra , desto mer skuggar de varandra . SSAO mäter därför avståndet mellan objekt på skärmen med hjälp av en bild som kallas z-bufferten .

Z-bufferten är som en karta som anger avståndet mellan varje punkt på skärmen och kameran. Sedan jämför SSAO avståndet mellan närliggande punkter för att veta om de kastar skugga eller inte. Om så är fallet mörknar det punkten baserat på skuggnivån.

• Fördelar : det är snabbt och enkelt att göra, det anpassar sig till kamerans och föremålens rörelser, och det fungerar med alla 3D-spel.
• Nackdelar : Den tar inte hänsyn till objektens riktning eller färg, den skiljer inte på nära och fjärran objekt, och den hanterar inte kanter eller OH-film på ett bra sätt. Det kan därför göra skuggor som är för mörka, för suddiga eller dåligt placerade, som inte är särskilt realistiska.

HBAO: Horizon-Based Ambient Occlusion

HBAO är en mer avancerad typ av omgivande ocklusion än SSAO . Den bygger på en mer komplex idé: ju högre ett objekt har en horisont , desto mer omgivande ljus får det . Ett objekts horisont är som dess siktlinje mot himlen.

Till exempel :

• Om du är på toppen av ett berg har du en väldigt hög horisont, eftersom du ser mycket himmel.
• Om du är i en dal har du en lägre horisont, eftersom du ser mindre himmel.

HBAO mäter därför horisonten för varje punkt på skärmen, med hjälp av en bild som kallas normal buffert . Den normala bufferten är som en karta som anger riktningen på ytan på varje punkt . Sedan jämför HBAO horisonten för närliggande punkter för att veta om de kastar skugga eller inte. Om så är fallet mörknar det punkten baserat på skuggnivån.

• Fördelar : den är mer exakt och mer realistisk än SSAO. Den tar hänsyn till objektens riktning och färg, den skiljer mellan nära och fjärran objekt och den hanterar bättre kanter och OH-film. Det skapar därför finare, skarpare och bättre placerade skuggor, som förstärker scenens realism.
• Nackdelar : det är dyrare och mer komplext än SSAO. Det kräver att man mäter horisonten för varje punkt, vilket kräver mer resurser. Det beror också på kvaliteten på den normala bufferten, som kan vara oprecis eller bullrig. Det fungerar inte med alla 3D-spel, de måste tillhandahålla den normala bufferten eller använda en kompatibel grafikmotor.

HDAO: High Definition Ambient Occlusion

HDAO är en mer effektiv typ av omgivande ocklusion än HBAO . Den är baserad på en mer adaptiv idé: ju fler prover en punkt behöver , desto mer sannolikt är det att den blockeras av omgivande objekt . Prover är som synpunkter som vi tar runt en punkt för att se om den är tänd eller inte.

Till exempel :

• Om du är i ett mörkt rum behöver du många prover för att se om du är tilltäppt av en möbel eller en vägg.
• Om du är i ett ljust rum behöver du färre prover för att se om du är tilltäppt av ett fönster eller en lampa.

HDAO beräknar därför antalet prover från varje punkt på skärmen med en metod som varierar antalet prover beroende på punkternas avstånd och vinkel. Sedan jämförs antalet prover från närliggande punkter för att ta reda på om de kastar skugga eller inte. Om så är fallet mörknar det punkten baserat på skuggnivån.

Fördelar : det är kvalitativt och effektivt. Den använder ett optimalt antal prover för varje punkt, vilket undviker kvalitetsförluster eller slöseri med resurser. Det skapar därför mer detaljerade och djupare skuggor, vilket förbättrar scenens kvalitet.

Nackdelar : det är inkompatibelt och svårt att justera. Det fungerar inte med alla 3D-spel, de måste använda en specifik grafikmotor, som AMD eller Ubisoft. Det beror också på spelarens inställningar, vem som måste välja minsta och maximala antal prover, samt radien och intensiteten av ocklusionen.

VXAO: Voxel Accelerated Ambient Oclusion

VXAO är en mer avancerad typ av omgivande ocklusion än HDAO . Den är baserad på en mer komplett idé: ju mer exakt en punkt har en voxeliserad representation av scenen, desto mer sannolikt är det att den blockeras av omgivande föremål . Den voxeliserade representationen är som en 3D-modell som återger scenen med små kuber som kallas voxels.

Till exempel: om du har ett hus i voxels kan du se alla detaljer i dess struktur och dess belysning.

VXAO skapar därför en voxeliserad representation av scenen på skärmen, med en metod som kallas voxel cone tracing . Voxelkonspårning är som att skicka virtuella koner i alla riktningar från varje punkt för att se vilka voxlar som blockerar ljuset.

Sedan jämför den den voxeliserade representationen av närliggande punkter för att veta om de kastar skugga eller inte. Om så är fallet mörknar det punkten baserat på skuggnivån.

Fördelar : Det är detaljerat och djupt. Den använder en fullständig och korrekt voxeliserad representation av scenen, vilket hjälper till att fånga alla möjliga ocklusionseffekter, inklusive de som beror på dynamiska objekt eller ljuskällor. flera olika. Det skapar därför mycket fina och mycket djupa skuggor, som ökar scenens djup.

Nackdelar : det är girigt och begränsat. Det kräver att skapa en voxeliserad representation av scenen, vilket kräver mycket resurser, särskilt videominne. Det är inte kompatibelt med alla 3D-spel, de måste använda en specifik grafikmotor, som Nvidia eller Square Enix.

Omgivningsocklusion i nuvarande videospel

Ambient occlusion är en grafikåtergivningsteknik som finns i många aktuella videospel. Det spelarens fördjupning skugg- och kontrasteffekter som ger lättnad och djup åt 3D-scener. Här är några exempel på spel som använder omgivande ocklusion:

• Red Dead Redemption 2 : Detta actionäventyrsspel i öppen värld utvecklat av Rockstar Games använder HDAO för att skapa mjuka, realistiska skuggor i naturliga och urbana miljöer. Spelet har också ett fotoläge som låter spelare ta bilder med olika inställningar för omgivande ocklusion.
• Metro Exodus : Detta förstapersonsskjutspel utvecklat av 4A Games använder VXAO för att skapa fina, djupa skuggor i postapokalyptiska miljöer. Spelet använder också en teknik som kallas Global Illumination , som kombinerar omgivande ocklusion med ljusdiffusion, för att skapa dynamiska färg- och ljuseffekter.
• Assassin's Creed Valhalla : Detta action-RPG-spel med öppen värld utvecklat av Ubisoft använder HBAO+ för att skapa skarpa, exakta skuggor i historiska och mytologiska miljöer. Spelet använder också en teknik som kallas Screen Space Reflections , som kombinerar omgivande ocklusion med ljusreflektion, för att skapa realistiska spegel- och vatteneffekter.

För att aktivera och justera omgivande ocklusion i grafikinställningarna för spel måste du i allmänhet komma åt menyn för avancerade alternativ, där du kan välja typ och intensitet av omgivande ocklusion. Effekterna av omgivande ocklusion på systemets prestanda och strömförbrukning måste också beaktas. Faktum är att ju högre omgivande ocklusion är, desto mer kräver den resurser från GPU:n och grafikkortet, vilket kan leda till en minskning av antalet bilder per sekund eller en ökning av systemtemperaturen.

Omgivande ocklusion i framtiden för videospel

Ambient occlusion är en grafikåtergivningsteknik som fortfarande har begränsningar och utmaningar. Det beror i själva verket på kvaliteten och precisionen hos de algoritmer som används, såväl som kraften och kompatibiliteten hos de system som används. Här är några möjliga sätt att förbättra omgivande ocklusion:

Användningen av strålspårning

Strålspårning grafikåtergivningsteknik som består av att simulera ljusstrålars väg i 3D-scenen, med hänsyn till interaktioner med objekt och material. Strålspårning gör det därför möjligt att beräkna omgivande ocklusion på ett mer realistiskt och exakt sätt än nuvarande tekniker, men det kräver också många fler resurser.

Det är därför nödvändigt att använda speciella grafikkort, som de från Nvidia eller AMD, som integrerar enheter dedikerade till ray tracing.

Användningen av artificiell intelligens

Artificiell intelligens är en teknik som består av att använda algoritmer som kan lära sig och utvecklas baserat på de data som tillhandahålls. Artificiell intelligens kan därför användas för att optimera beräkningen av omgivande ocklusion genom att anpassa antalet prover eller ocklusionsradien beroende på scenen eller rörelsen.

Den kan också användas för att korrigera artefakter eller felaktigheter orsakade av nuvarande tekniker, med hjälp av neurala nätverk eller förtränade modeller. Men denna användning av artificiell intelligens väcker också sociala och ekonomiska frågor. Bara dödar användningen av AI 217 jobb .

Den kan också användas för att korrigera artefakter eller felaktigheter orsakade av nuvarande tekniker, med hjälp av neurala nätverk eller förtränade modeller.

Användningen av virtuell verklighet

Virtuell verklighet är en teknik som består av att fördjupa spelaren i en uppslukande 3D-miljö med hjälp av ett headset eller speciella glasögon . Virtuell verklighet kan därför dra nytta av omgivande ocklusion, vilket förstärker scenens realism och djup.

Men det innebär också begränsningar, som behovet av att ha ett högt och konstant antal bilder per sekund, för att undvika illamående eller huvudvärk. Det är därför nödvändigt att använda omgivande ocklusionstekniker anpassade till virtuell verklighet, såsom Foveated Rendering , som består i att minska den grafiska kvaliteten på perifera områden i synfältet.

Framtidsutsikterna för omgivande ocklusion är därför många och lovande. Det kan bidra till att skapa vackrare och mer realistiska 3D-videospel, men det måste också anpassa sig till ny teknik och nya spelarkrav.

Vanliga frågor

Vad är omgivande ljus?

Omgivande ljus är ljus som kommer från alla håll och jämnt lyser upp scenen. Den har ingen exakt källa, den är resultatet av ljusets spridning av atmosfären, moln, väggar etc.

Omgivningsljus används ofta i tv-spel för att skapa grundläggande belysning , som sedan kan kompletteras med direkta ljuskällor, såsom sol, lampor, eldar, etc.

Vad är skillnaden mellan omgivande ocklusion och skuggor?

Kastskuggor är de skuggor som föremål skapar när de belyses av en direkt ljuskälla. De beror på objektets position och form, samt ljuskällans riktning och avstånd. Skuggor används ofta i videospel för att skapa kontrast och djup mellan objekt och bakgrunden.

Omgivningsocklusion är den skugga som föremål skapar när de belyses av omgivande ljus. Det beror på objektens närhet och orientering till varandra, såväl som radien och intensiteten hos omgivande ljus. Omgivande ocklusion används ofta i videospel för att skapa realism och fina detaljer i objekt.

Hur aktiverar eller inaktiverar man omgivande ocklusion i ett videospel?

För att aktivera eller inaktivera omgivande ocklusion i ett tv-spel måste du i allmänhet komma spelets grafikalternativmeny , Det kan vara en enkel på/av-knapp, eller ett reglage som låter dig välja nivån på omgivande ocklusion.

Läs också : Molnspel, den underutnyttjade framtiden för videospelsindustrin?

Hur påverkar omgivande ocklusion videospels prestanda?

Omgivande ocklusion påverkar videospelets prestanda eftersom det kräver fler beräkningar från grafikprocessorn ( GPU ) och grafikkortet.

Ju högre nivå eller typ av omgivande ocklusion, desto mer resurser förbrukar den . Detta kan orsaka ett fall i bildrutor per sekund (FPS), som mäter spelets jämnhet, eller en ökning av systemtemperaturen, vilket kan orsaka överhettning eller nedgångar.

Vad är fördelen med omgivande ocklusion för spelaren?

Fördelen med omgivande ocklusion för spelaren är att det gör videospelet vackrare och mer uppslukande . Den låter dig skapa skugg- och kontrasteffekter som ger relief och djup åt 3D-objekt.

Det gör också färgerna mer naturliga och mer harmoniska. Ambient occlusion hjälper därför till att skapa en mer realistisk atmosfär och atmosfär i videospelet.