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

Omgivningsocklusion är viktig för realismen i 3D-videospel, eftersom den ger djup och relief till scenen, med hänsyn till objektens geometri och orientering.

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

Varför är omgivande ocklusion viktig för 3D-videospel?

Omgivningsocklusion är viktig för 3D-videospel eftersom den ger djup och dimension till scenen. Den gör det möjligt för spelare att skilja objekt från varandra baserat på deras form och orientering. Den gör också att färgerna ser mer naturliga ut , vilket förhindrar att de blir för ljusa eller för mörka. Omgivningsocklusion gör därför 3D-videospel mer visuellt tilltalande och uppslukande .

Vilka olika typer av omgivande ocklusion finns det?

Det finns olika typer av omgivande ocklusion, var och en baserad på olika metoder och parametrar. Dessa typer av omgivande ocklusion har komplicerade namn, såsom SSAO, HBAO, HDAO eller VXAO. Men oroa dig inte, vi förklarar vad de betyder och hur de fungerar.

SSAO: Omgivningsocklusion av skärmutrymme

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

Z-bufferten är som en karta som visar avståndet mellan varje punkt på skärmen och kameran. Sedan jämför SSAO avståndet mellan angränsande punkter för att avgöra om de kastar skuggor. Om så är fallet mörknar punkten beroende på skuggans nivå.

• Fördelar : Det är snabbt och enkelt att göra, det anpassar sig till kamera- och objektrörelser och det fungerar med alla 3D-spel.
• Nackdelar : den tar inte hänsyn till objektens riktning eller färg, den skiljer inte mellan nära och avlägsna objekt och den hanterar inte kanter eller genomskinligheter bra. Därför kan den skapa skuggor som är för mörka, för suddiga eller dåligt placerade, vilket inte är särskilt realistiskt.

HBAO: Horisontbaserad omgivningsocklusion

HBAO är en mer avancerad typ av omgivande ocklusion än SSAO . Den är baserad på en mer komplex idé: ju högre ett objekts horisont är , 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 kan se mycket av himlen.
• Om du befinner dig i en dal har du en lägre horisont eftersom du ser mindre himmel.

HBAO mäter horisonten för varje punkt på skärmen med hjälp av en bild som kallas normalbuffert . Normalbufferten är som en karta som visar riktningen på ytan för varje punkt . Sedan jämför HBAO horisonten för angränsande punkter för att avgöra om de kastar skuggor. Om så är fallet mörknar punkten i enlighet med skuggans nivå.

• Fördelar : Den är mer precis och realistisk än SSAO. Den tar hänsyn till objektens riktning och färg, skiljer mellan nära och avlägsna objekt och hanterar kanter och genomskinligheter bättre. Därför skapar den tunnare, skarpare och bättre placerade skuggor, vilket förstärker realismen i scenen.
• 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 vanliga bufferten, som kan vara felaktig eller brusig. Det fungerar inte med alla 3D-spel; de måste tillhandahålla den vanliga bufferten eller använda en kompatibel grafikmotor.

HDAO: Högupplöst omgivningsocklusion

HDAO är en mer effektiv typ av omgivande ocklusion än HBAO . Den är baserad på ett mer adaptivt koncept: ju fler prover en punkt behöver , desto större är risken att den blockeras av omgivande objekt . Proverna är som synvinklar tagna runt en punkt för att se om den är upplyst eller inte.

Till exempel:

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

HDAO beräknar antalet samplingar för varje punkt på skärmen med hjälp av en metod som varierar antalet samplingar baserat på punkternas avstånd och vinkel. Sedan jämför den antalet samplingar med angränsande punkter för att avgöra om de kastar skuggor. Om så är fallet mörknar punkten i enlighet med skuggans nivå.

Fördelar : Den är högkvalitativ och effektiv. Den använder ett optimalt antal samplingar för varje punkt, vilket undviker kvalitetsförlust eller slöseri med resurser. Detta resulterar i mer detaljerade och djupare skuggor, vilket förbättrar scenens övergripande kvalitet.

Nackdelar : Det är inkompatibelt och svårt att konfigurera. Det fungerar inte med alla 3D-spel; de måste använda en specifik grafikmotor, som AMD:s eller Ubisofts. Det beror också på spelarens inställningar, som måste välja minsta och högsta antal samplingar, samt radien och intensiteten för ocklusionen.

VXAO: Voxel Accelererad Omgivningsocklusion

VXAO är en mer avancerad typ av omgivande ocklusion än HDAO . Den är baserad på en mer omfattande idé: ju mer exakt en punkts voxeliserade representation av scenen är , desto mer sannolikt är det att den ockluderas av omgivande objekt . Den voxeliserade representationen är som en 3D-modell som reproducerar scenen med små kuber som kallas voxlar.

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

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

Därefter jämför den voxeliserade representationen av angränsande punkter för att avgöra om de kastar skuggor eller inte. Om så är fallet mörknar punkten i enlighet med skuggans nivå.

Fördelar : Den är detaljerad och djupgående. Den använder en komplett och korrekt voxeliserad representation av scenen, vilket gör att den kan fånga alla möjliga ocklusionseffekter, inklusive de som orsakas av rörliga objekt eller flera ljuskällor. Den skapar därför mycket fina och djupa skuggor, vilket ökar scenens djup.

Nackdelar : Det är resurskrävande och begränsat. Det kräver att man skapar en voxeliserad representation av scenen, vilket kräver betydande resurser, särskilt videominne. Det är inte kompatibelt med alla 3D-spel; de måste använda en specifik grafikmotor, som Nvidias eller Square Enix.

Omgivningsocklusion i nuvarande videospel

Ambient occlusion är en grafikrenderingsteknik som används i många moderna videospel. Den förbättrar realismen och spelarens fördjupning genom att skapa skugg- och kontrasteffekter som ger djup och dimension till 3D-scener. Här är några exempel på spel som använder ambient occlusion:

• Red Dead Redemption 2 : Detta actionäventyrsspel med öppen värld, utvecklat av Rockstar Games, använder HDAO för att skapa mjuka, realistiska skuggor i både naturliga och urbana miljöer. Spelet har också ett fotoläge som låter spelare ta bilder med olika omgivande ocklusionsinställningar.
• Metro Exodus : Detta förstapersonsskjutspel utvecklat av 4A Games använder VXAO för att skapa subtila, 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 med öppen värld utvecklat av Ubisoft använder HBAO+ för att skapa skarpa, precisa 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 spelets grafikinställningar behöver du vanligtvis öppna menyn för avancerade alternativ, där du kan välja typ och intensitet för omgivande ocklusion. Du bör också ta hänsyn till effekterna av omgivande ocklusion på systemprestanda och strömförbrukning. Ju högre omgivande ocklusion, desto mer resurser kräver den från grafikprocessorn (GPU) och grafikkortet, vilket kan leda till en minskning av bildfrekvensen eller en ökning av systemtemperaturen.

Omgivningsocklusion i framtidens videospel

Omgivningsocklusion är en grafikrenderingsteknik som fortfarande har begränsningar och utmaningar. Den beror på kvaliteten och precisionen hos de algoritmer som används, samt kraften och kompatibiliteten hos de inblandade systemen. Här är några möjliga sätt att förbättra omgivningsocklusion:

Användningen av strålspårning

Strålspårning är en grafisk renderingsteknik som simulerar ljusstrålarnas väg i en 3D-scen , med hänsyn till deras interaktioner med objekt och material. Strålspårning möjliggör en mer realistisk och exakt beräkning av omgivande ocklusion än nuvarande tekniker, men det kräver också betydligt mer resurser.

Därför måste speciella grafikkort, som de från Nvidia eller AMD, som integrerar enheter dedikerade till strålspårning, användas.

Användningen av artificiell intelligens

Artificiell intelligens är en teknik som använder algoritmer som kan lära sig och utvecklas baserat på tillhandahållen data. Artificiell intelligens kan därför användas för att optimera beräkningar av omgivande ocklusion genom att anpassa antalet sampel eller ocklusionsradien beroende på scenen eller rörelsen.

Det 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 i Frankrike eliminerar användningen av AI 217 jobb .

Det 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 fördjupar spelaren i en 3D-miljö med hjälp av ett headset eller speciella glasögon . Virtuell verklighet kan därför dra nytta av omgivande ocklusion, vilket förstärker realismen och djupet i scenen.

Det medför dock också utmaningar, såsom behovet av en hög och jämn bildfrekvens för att undvika illamående eller huvudvärk. Därför måste omgivande ocklusionstekniker anpassade för virtuell verklighet användas, såsom Foveated Rendering , vilket minskar den grafiska kvaliteten i perifera områden av 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 anpassas till ny teknik och spelarnas nya krav.

Vanliga frågor

Vad är omgivande ljus?

Omgivande ljus är ljus som kommer från alla håll och belyser scenen jämnt. Det har ingen specifik källa; det är resultatet av ljus som sprids av atmosfären, moln, väggar etc.

Omgivningsljus används ofta i videospel för att skapa grundbelysning , som sedan kan kompletteras med direkta ljuskällor, såsom solen, lampor, eldar etc.

Vad är skillnaden mellan omgivande ocklusion och kastade skuggor?

Skuggor är de skuggor som föremål kastar 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 föremål och bakgrunden.

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

Hur aktiverar eller inaktiverar jag omgivande ocklusion i ett videospel?

För att aktivera eller inaktivera omgivande ocklusion i ett videospel behöver du vanligtvis öppna spelets grafikalternativmeny , där du hittar en inställning dedikerad till omgivande ocklusion. Detta kan vara en enkel på/av-knapp eller ett reglage som låter dig välja nivån av omgivande ocklusion.

Läs också : Molnspel, den outnyttjade framtiden för videospelsindustrin?

Vilken inverkan har omgivande ocklusion på prestandan i videospel?

Omgivningsocklusion påverkar prestandan för videospel, eftersom det kräver fler beräkningar från grafikprocessorn ( GPU ) och grafikkortet.

Ju högre nivå eller typ av omgivande ocklusion, desto mer resurser förbrukas . Detta kan leda till en minskning av bildrutor per sekund (FPS), vilket mäter spelets jämnhet, eller en ökning av systemtemperaturen, vilket kan orsaka överhettning eller avmattning.

Vad är fördelen med omgivande ocklusion för spelaren?

Fördelen med omgivande ocklusion för spelaren är att det gör videospelet vackrare och mer uppslukande . Det möjliggör skapandet av skugg- och kontrasteffekter som ger relief och djup till 3D-objekt.

Det möjliggör också mer naturliga och harmoniska färger. Omgivningsocklusion bidrar därför till att skapa en mer realistisk atmosfär och stämning i videospel.