Оклюзия окружающей среды: что это, примеры использования в VR

Современная графика в видеоиграх и виртуальной реальности достигла невероятного уровня реализма. Однако красивые модели и текстуры сами по себе не сделают картинку живой – важную роль играет освещение. Один из ключевых эффектов, который помогает создать глубину сцены и реалистичные тени, – это оклюзия окружающей среды (Ambient Occlusion, AO).

Давайте разберёмся, что такое оклюзия окружающей среды, как она работает, какие существуют её виды, и где она используется в VR.

Что такое оклюзия окружающей среды?

Оклюзия окружающей среды (AO) – это графический эффект, который имитирует затенение в местах, где свет распространяется ограниченно из-за окружающих объектов. Другими словами, это метод, который помогает затемнить углы, щели и области, куда рассеянный свет не проникает в полной мере.

Без AO сцена выглядит «плоской» и ненатуральной, так как объекты будто висят в пространстве без чёткого контакта с окружением. С применением этого эффекта мир становится более естественным: предметы отбрасывают мягкие тени в местах стыков, под столами, в углах помещений и под выступающими объектами.

Как работает оклюзия окружающей среды?

Традиционно в компьютерной графике AO рассчитывается с учётом положения объектов относительно друг друга и направления рассеянного света. При этом затемняются зоны, в которые свет попадает с наименьшей вероятностью.

Существует несколько методов расчёта AO:

• Screen Space Ambient Occlusion (SSAO) – выполняется в реальном времени, анализируя глубину сцены на основе буфера глубины. Этот метод широко используется в видеоиграх, но иногда даёт визуальные артефакты.
• Horizon-Based Ambient Occlusion (HBAO) – более точный вариант SSAO, разработанный NVIDIA. Улучшает качество теней, но требует больше вычислительных ресурсов.
• Voxel Ambient Occlusion (VXAO) – метод от NVIDIA, использующий воксели для точного расчёта теней в трёхмерном пространстве.
• Ray-Traced Ambient Occlusion (RTAO) – наиболее реалистичный вариант, использующий трассировку лучей для симуляции физически корректного рассеянного освещения.

Применение AO в виртуальной реальности

В VR реалистичное освещение играет особую роль, так как любое несоответствие может нарушить ощущение погружения. Оклюзия окружающей среды помогает сделать мир более натуральным и улучшает восприятие глубины сцены.

Рассмотрим несколько примеров её применения в VR:

1. Half-Life: Alyx (2020) – один из лучших примеров использования SSAO и HBAO. Благодаря этим технологиям тени в углах помещений и под объектами выглядят правдоподобно, что делает мир игры более реалистичным.
2. The Walking Dead: Saints & Sinners (2020) – здесь AO помогает создать мрачную атмосферу, усиливая тёмные участки и придавая окружению глубину.
3. Medal of Honor: Above and Beyond (2020) – для достижения кинематографичного качества графики разработчики применяли VXAO, обеспечивая правдоподобные тени и освещение.

Проблемы и ограничения

Хотя AO делает сцены более правдоподобными, у технологии есть несколько недостатков:

• Производительность – качественные методы AO (например, RTAO) требуют мощного железа, что особенно критично для VR, где важно поддерживать стабильный FPS.
• Артефакты – методы, работающие в screen space (SSAO, HBAO), могут создавать нежелательные шумы и ореолы.
• Ограничения реализма – традиционные техники AO не учитывают динамическое освещение и могут выглядеть искусственно.

Будущее оклюзии окружающей среды

С развитием технологий трассировки лучей (RTX) и методов машинного обучения AO становится всё более реалистичной и эффективной. Например, DLSS и AMD FSR уже помогают оптимизировать затенение без потери качества.

В будущем можно ожидать, что AO будет рассчитываться полностью на основе трассировки лучей, что обеспечит физически корректное освещение в реальном времени даже в VR.

Оклюзия окружающей среды – ключевой элемент графики, который помогает создать реалистичное освещение и тени. В виртуальной реальности AO играет особенно важную роль, улучшая восприятие глубины сцены и повышая уровень погружения.

Хотя технология продолжает развиваться, уже сегодня она используется в таких играх, как Half-Life: Alyx, The Walking Dead: Saints & Sinners и Medal of Honor: Above and Beyond. С дальнейшим развитием трассировки лучей и технологий машинного обучения можно ожидать ещё более впечатляющих визуальных эффектов в VR.