Oclusión ambiental
En gráficos, modelado y animación por computadora en 3D, la oclusión ambiental es una técnica de sombreado y renderizado que se utiliza para calcular qué tan expuesto está cada punto de una escena a la iluminación ambiental. Por ejemplo, el interior de un tubo suele estar más ocluido (y por lo tanto más oscuro) que las superficies exteriores expuestas, y se vuelve más oscuro cuanto más se profundiza en el interior del tubo.
La oclusión ambiental puede verse como un valor de accesibilidad que se calcula para cada punto de la superficie. En escenas con cielo abierto esto se hace estimando la cantidad de cielo visible para cada punto, mientras que en ambientes interiores solo se tienen en cuenta los objetos dentro de un radio determinado y se asume que las paredes son el origen de la luz ambiental. El resultado es un efecto de sombreado difuso y no direccional que no proyecta sombras claras, pero oscurece las áreas cerradas y protegidas y puede afectar el tono general de la imagen renderizada. A menudo se utiliza como efecto de posprocesamiento.
A diferencia de los métodos locales como el sombreado Phong, la oclusión ambiental es un método global, lo que significa que la iluminación en cada punto es una función de otra geometría en la escena. Sin embargo, es una aproximación muy burda a la iluminación global total. La apariencia lograda únicamente mediante la oclusión ambiental es similar a la apariencia que podría tener un objeto en un día nublado.
El primer método que permitió simular la oclusión ambiental en tiempo real fue desarrollado por el departamento de investigación y desarrollo de Crytek (CryEngine 2). Con el lanzamiento de hardware capaz de realizar trazado de rayos en tiempo real (serie GeForce 20) por parte de Nvidia en 2018, la oclusión ambiental con trazado de rayos (RTAO) se hizo posible en juegos y otras aplicaciones en tiempo real. Esta característica se agregó a Unreal Engine con la versión 4.22.
Implementación
En ausencia de oclusión ambiental con trazado de rayos asistida por hardware, las aplicaciones en tiempo real, como los juegos de computadora, pueden utilizar la oclusión ambiental del espacio de la pantalla (SSAO) o la oclusión ambiental basada en el horizonte (HBAO) como una aproximación más rápida de la oclusión ambiental verdadera. utilizando la profundidad por píxel, en lugar de la geometría de la escena, para formar un mapa de oclusión ambiental.
La oclusión ambiental está relacionada con el sombreado de accesibilidad, que determina la apariencia en función de la facilidad con la que varios elementos tocan una superficie (por ejemplo, suciedad, luz, etc.). Se ha popularizado en la producción de animación debido a su relativa simplicidad y eficiencia.
El modelo de sombreado de oclusión ambiental ofrece una mejor percepción de la forma 3D de los objetos mostrados. Esto se demostró en un artículo en el que los autores informan sobre los resultados de experimentos de percepción que muestran que la discriminación de profundidad bajo una iluminación del cielo difusa y uniforme es superior a la predicha por un modelo de iluminación directa.
El oclusión Ap̄ ̄ {displaystyle A_{bar {p}} en un momento p̄ ̄ {displaystyle {bar {}}} sobre una superficie con normalidad n^ ^ {displaystyle {hat {n}}} se puede computar mediante la integración de la función de visibilidad en el hemisferio Ω Ω {displaystyle Omega } con respecto al ángulo sólido proyectado:
Ap̄ ̄ =1π π ∫ ∫ Ω Ω Vp̄ ̄ ,⋅ ⋅ ^ ^ ()n^ ^ ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ ^ ^ )d ⋅ ⋅ {displaystyle A_{bar} {p}={frac} {1}{pi}int _{ Omega.
Donde Vp̄ ̄ ,⋅ ⋅ ^ ^ {displaystyle V_{bar},{hat {omega } es la función de visibilidad en p̄ ̄ {displaystyle {bar {}}}, definido como cero si p̄ ̄ {displaystyle {bar {}}} se ocultó en la dirección ⋅ ⋅ ^ ^ {displaystyle {hat {fnMiega } y uno de otro, y d ⋅ ⋅ {displaystyle operatorname {d} omega } es el paso de ángulo sólido infinitesimal de la variable de integración ⋅ ⋅ ^ ^ {displaystyle {hat {fnMiega }. Una variedad de técnicas se utilizan para aproximar esta integral en la práctica: tal vez la forma más directa es utilizar el método Monte Carlo al lanzar rayos desde el punto p̄ ̄ {displaystyle {bar {}}} y pruebas para la intersección con otra geometría de escena (es decir, ray casting). Otro enfoque (más adecuado para la aceleración del hardware) es hacer la vista desde p̄ ̄ {displaystyle {bar {}}} al rasterizar la geometría negra contra un fondo blanco y tomar el promedio (pesado en la piel) de fragmentos rasterizados. Este enfoque es un ejemplo de un enfoque "recoger" o "inside-out", mientras que otros algoritmos (como la oclusión ambiental de mapa de profundidad) emplean técnicas de "scattering" o "outside-in".
Además del valor de oclusión ambiente, un vector "bent normal" n^ ^ b{displaystyle {hat {n}_{b}} a menudo se genera, que apunta en la dirección promedio de las muestras ocluidas. La normalidad doblada se puede utilizar para buscar el resplandor de incidentes de un mapa de entorno a una iluminación aproximada basada en la imagen. Sin embargo, hay algunas situaciones en las que la dirección de la normalidad doblada es una tergiversación de la dirección dominante de la iluminación, por ejemplo,
En este ejemplo, la luz puede llegar al punto p solo desde el lado izquierdo o derecho, pero la normal doblada apunta al promedio de esas dos fuentes, que está directamente hacia la obstrucción.
Variantes
- Oclusión ambiental del espacio de pantalla (SSAO)
- Oclusión direccional del espacio de pantalla (SSDO)
- Oclusión ambiental de rayos (RTAO)
- Oclusión ambiente de alta definición (HDAO)
- Oclusión Ambient Horizonte+ (HBAO)
- Alchemy Ambient Occlusion (AAO)
- Oclusión ambiente en ángulo (ABAO)
- Pre Baked Ambient Occlusion (PBAO)
- Oclusión Ambiiente Acelerada de Voxel (VXAO)
- Oclusión Ambient (GTAO) basada en la verdad terrestre
Reconocimiento
En 2010, Hayden Landis, Ken McGaugh y Hilmar Koch recibieron un Premio de la Academia Científica y Técnica por su trabajo en la representación de la oclusión ambiental.