метод ssao что это

Как работает затенение в компьютерных играх

С появлением 3D-игр у их создателей серьезно прибавилось проблем: о сглаживании мы уже говорили, также мы говорили и о фильтрации текстур. Теперь же поговорим о еще одном эффекте, который позволяет серьезно улучшить реалистичность картинки — о Ambient Occlusion (AO), или о затенении.

В оптике можно выделить три простых градации освещенности — тень (источник света не виден), полутень (источник света виден частично) и освещенное место (источник света виден полностью). Казалось бы — все просто, рассчитать границы тени и полутени можно в два счета с помощью обыкновенных лучей. Однако полученная в результате картинка наводит на мысль, что мы где-то что-то забыли:

Таких черных теней не бывает (ну на Земле по крайней мере), так что сразу становится очевидным, что мы забыли — рассеяние света: суть в том, что в реальном времени фотоны могут отражаться от различных поверхностей и в итоге попадать туда, куда напрямую фотоны от источника не долетают: именно поэтому в тени хоть и темнее, чем на свету, но не черным черно. На Земле таким «рассеивателем» фотонов выступает сама атмосфера.

Но тут возникает вопрос — а как это рассчитать-то? Увы — алгоритма, дающего 100% точное рассеяние света в real-time, нет, однако есть множество хорошо приближенных к реальности алгоритмов, отлаженных настолько, что они спокойно используются в видеоиграх.

Для начала — общая для всех алгоритмов теория: можно ввести так называемую среднюю освещенность всей сцены, своеобразную аппроксимацию непрямого освещения. Но вот проблема в том, что в местах, где есть тень, такая аппроксимация будет давать повышенную яркость. Поэтому можно несколько усложнить ее — снижать яркость в тех местах, куда отраженному свету труднее добраться. То есть для каждого фрагмента сцены мы находим так называемый заграждающий фактор: количество свободных «путей» для фотона деленное на все количество путей фотона до данного участка, и на основе этих данных и средней яркости сцены можно рассчитать яркость конкретного участка.

Однако тут мы получаем очередную проблему — отрисовка геометрии происходит постепенно, поэтому заграждающий фактор также в процессе отрисовки может серьезно меняться. Можно, конечно, рассчитать AO на этапе загрузки сцены, но тогда затенение не коснется динамических объектов (персонажей, машин и т.д.) — а это нехорошо. И тут приходит идея использовать для отрисовки затенения экранное пространство (Screen Space), что в итоге выливается в простейший алгоритм AO — SSAO.

SSAO

Этот алгоритм появился еще в Crysis 10 лет назад. Его суть проста: после построения геометрии у нас остается Z-буфер, или буфер глубины, который включает в себя абсолютно всю информацию о геометрии сцены — а значит никаких проблем сделать AO нет.

Хотя, конечно, кого я обманываю — проблемы есть, и самая серьезная — недостаточная производительность современных видеокарт: для того, чтобы получить более-менее неплохую карту затенения, для каждого фрагмента сцены нужно обсчитывать порядка 200-250 направлений, что позволяет «закопать» любой GPU. Поэтому делается хитрее — используется 8-32 «луча», направленные на выбранный фрагмент сцены, которые каждый раз поворачиваются на случайное значение. В итоге получается терпимое качество картинки с не очень большими затратами на расчеты:

В дальнейшем алгоритм был доработан — стали использоваться карты нормалей, что снизило сложность вдвое и позволило в итоге вдвое увеличить число выборок. Ну и финальный штрих — стали использовать размытие, дабы сгладить шум от случайных выборок.

HBAO и HBAO+

Nvidia не была бы Nvidia, если бы не стала развивать затенение дальше, представив в 2008 году HBAO — Horizon Based Ambient Occlusion. От SSAO это затенение отличалось тем, что оно основано на физической модели, где аппроксимируется интеграл освещенности фрагмента сцены со значениями выборки буфера глубины. Итоговое качество оказывается выше SSAO при большом числе выборок, но мы опять же упираемся в производительность. Поэтому HBAO рендерится обычно в более низком разрешении, что приводит к мерцанию картинки.

Проблема мерцания была исправлена в HBAO+ простым методом, который сейчас активно использует Sony в 4К играх на PlayStation 4 Pro: для рассчета HBAO+ используется шахматный рендеринг, то есть для обработки затенения используется часть предыдущего кадра и половина нового: это требует меньше затрат GPU, но при этом позволяет рендерить затенение в исходном разрешении, что и убирает мерцание.

HDAO

AMD в стороне не остались, и стали использовать собственное затенение (которое, к слову, также работает и на Nvidia) — HDAO (High Definition AO). Увы — AMD не делится алгоритмом, однако известно, что в его основе лежит Gather4 — технология, которая собирает 4 текселя в один регистр. То есть, как и с HBAO, по сути происходит рендеринг в пониженном разрешении. В итоге, в среднем картинка с HBAO и HDAO сравнима по качеству, но опять же — все достаточно сильно зависит от игры: к примеру, в Far Cry 3 с HDAO трава выглядит красивее:

На этом все. Советы для игроков простые: если компьютер хорошо тянет игру без AO, то можно попробовать включить SSAO или HBAO — обычно это снижает fps не более чем на 10%. Если же и с ними производительность отличная — можно попробовать HBAO+ и HDAO. Ну и для самых топовых видеокарт современности можно порекомендовать набирающее обороты VXAO — оно крайне требовательно к ресурсам (в том числе и к видеопамяти), поэтому даже в FHD оно будет доступно лишь пользователям старших Nvidia GTX 900ой и 1000ой линейки, а также владельцам старших AMD RX, Fury и Vega.

Источник

Метод ssao что это

Думаю, с понятием разрешения знакомы уже более-менее все игроки, но на всякий случай вспомним основы. Все же, пожалуй, главный параметр графики в играх.

Изображение, которое вы видите на экране, состоит из пикселей. Разрешение — это количество пикселей в строке, где первое число — их количество по горизонтали, второе — по вертикали. В Full HD эти числа — 1920 и 1080 соответственно. Чем выше разрешение, тем из большего количества пикселей состоит изображение, а значит, тем оно четче и детализированнее.

Влияние на производительность

Очень большое.Увеличение разрешения существенно снижает производительность. Именно поэтому, например, даже топовая RTX 2080 TI неспособна выдать 60 кадров в 4K в некоторых играх, хотя в том же Full HD счетчик с запасом переваливает за 100. Снижение разрешения — один из главных способов поднять FPS. Правда, и картинка станет ощутимо хуже.

В некоторых играх (например, в Titanfall) есть параметр так называемого динамического разрешения. Если включить его, то игра будет в реальном времени автоматически менять разрешение, чтобы добиться заданной вами частоты кадров.

Вертикальная синхронизация

Если частота кадров в игре существенно превосходит частоту развертки монитора, на экране могут появляться так называемые разрывы изображения. Возникают они потому, что видеокарта отправляет на монитор больше кадров, чем тот может показать за единицу времени, а потому картинка рендерится словно «кусками».

Вертикальная синхронизация исправляет эту проблему. Это синхронизация частоты кадров игры с частотой развертки монитора. То если максимум вашего монитора — 60 герц, игра не будет работать с частотой выше 60 кадров в секунду и так далее.

Есть и еще одно полезное свойство этой опции — она помогает снизить нагрузку на «железо» — вместо 200 потенциальных кадров ваша видеокарта будет отрисовывать всего 60, а значит, загружаться не на полную и греться гораздо меньше.

Впрочем, есть у Vsync и недостатки. Главная — очень заметный «инпут-лаг», задержка между вашими командами (например, движениями мыши) и их отображением в игре.

Поэтому играть со включенной вертикальной синхронизацией в мультипеере противопоказано. Кроме того, если ваш компьютер «тянет» игру при частоте ниже, чем заветные 60 FPS, Vsync может автоматически «лочиться» уже на 30 FPS, что приведет к неслабым таким лагам.

Лучший способ бороться с разрывами изображения на сегодняшний день — купить монитор с поддержкой G-Sync или FreeSync и соответствующую видеокарту Nvidia или AMD. Ни разрывов, ни инпут-лага.

Влияние на производительность

В общем и целом — никакого.

Сглаживание(Anti-aliasing)

Если нарисовать из квадратных по своей природе пикселей ровную линию, она получится не гладкой, а с так называемыми «лесенками». Особенно эти лесенки заметны при низких разрешениях. Чтобы устранить этот неприятный дефект и сделать изображения более четким и гладким, и нужно сглаживание.

Здесь и далее — слева изображение с отключенной графической опцией (или установленной на низком значении), справа — с включенной (или установленной на максимальном значении).

Технологий сглаживания несколько, вот основные:

Влияние на производительность

От ничтожного (FXAA) до колоссального (SSAA). В среднем — умеренное.

Качество текстур

Один из самых важных параметров в настройках игры. Поверхности всех предметов во всех современных трехмерных играх покрыты текстурами, а потому чем выше их качество и разрешение — тем четче, реалистичнее картинка. Даже самая красивая игра с ультра-низкими текстурами превратится в фестиваль мыловарения.

Влияние на производительность

Если в видеокарте достаточно видеопамяти, то практически никакого. Если же ее не хватает, вы получите ощутимые фризы и тормоза. 4 гигабайт VRAM хватает для подавляющего числа современных игр, но лучше бы в вашей следующей видеокарте памяти было 8 или хотя бы 6 гигабайт.

Анизотропная фильтрация

Анизотропная фильтрация, или фильтрация текстур, добавляет поверхностям, на которые вы смотрите под углом, четкости. Особенно ее эффективность заметна на удаленных от игрока текстурах земли или стен.

Чем выше степень фильтрации, чем четче будут поверхности в отдалении.

Этот параметр влияет на общее качество картинки довольно сильно, но систему при этом практически не нагружает, так что в графе «фильтрация текстур» советуем всегда выставлять 8x или 16x. Билинейная и трилинейная фильтрации уступают анизотропной, а потому особенного смысла в них уже нет.

Влияние на производительность

Тесселяция

Технология, буквально преображающая поверхности в игре, делающая их выпуклыми, рельефными, натуралистичными. В общем, тесселяция позволяет отрисовывать гораздо более геометрически сложные объекты. Просто посмотрите на скриншоты.

Влияние на производительность

Зависит от игры, от того, как именно движок применяет ее к объектам. Чаще всего — среднее.

Качество теней

Все просто: чем выше этот параметр, тем четче и подробнее тени, отбрасываемые объектами. Добавить тут нечего. Иногда в играх также встречается параметр «Дальность прорисовки теней» (а иногда он «вшит» в общие настройки). Тут все тоже понятно: выше дальность — больше теней вдалеке.

Влияние на производительность

Зависит от игры. Чаще всего разница между низкими и средними настройками не столь велика, а вот ультра-тени способны по полной загрузить ваш ПК, поскольку в этом случае количество объектов, отбрасывающих реалистичные тени, серьезно вырастает.

Глобальное затенение (Ambient Occlusion)

Один из самых важных параметров, влияющий на картинку разительным образом. Если вкратце, то AO помогает имитировать поведения света в трехмерном мире — а именно, затенять места, куда не должны попадать лучи: углы комнат, щели между предметами и стенами, корни деревьев и так далее.

Существует два основных вида глобального затенения:

SSAO (Screen space ambient occlusion). Впервые появилось в Crysis — потому тот и выглядел для своего времени совершенно фантастически. Затеняются пиксели, заблокированные от источников света.

HBAO (Horizon ambient occlusion). Работает по тому же принципу, просто количество затененных объектов и зон гораздо больше, чем при SSAO.

Влияние на производительность

Глубина резкости (Depth of Field)

То самое «боке», которое пытаются симулировать камеры большинства современных объектов. В каком-то смысле это имитация особенностей человеческого зрения: объект, на который мы смотрим, находится в идеальном фокусе, а объекты на фоне — размыты. Чаще всего глубину резкости сейчас используют в шутерах: обратите внимание, что когда вы целитесь через мушку, руки персонажа и часть ствола чаще всего размыты.

Впрочем, иногда DoF только мешает — складывается впечатление, что у героя близорукость.

Влияние на производительность

Целиком и полностью зависит от игры. От ничтожного до довольно сильного (как, например, в Destiny 2).

Bloom (Свечение)

Этот параметр отвечает за интенсивность источников света в игре. Например, с включенным Bloom, свет, пробивающийся из окна в помещение, будет выглядеть куда ярче. А солнце создавать натуральные «засветы». Правда, некоторые игры выглядят куда реалистичнее без свечения — тут нужно проверять самому.

Влияние на производительность

Чаще всего — низкое.

Motion Blur (Размытие в движении)

Motion Blur помогает передать динамику при перемещениях объекта. Работает он просто: когда вы быстро двигаете камерой, изображение начинает «плыть». При этом главный объект (например, руки персонажа с оружием) остается четким.

Источник

Безумие без тормозов: тестирование 27 видеокарт в Far Cry 3

⇡#Графический движок Far Cry 3

Far Cry 3 построен на движке Dunia 2, ведущего родословную от первой версии CryEngine, которая лежала в основе самого первого Far Cry, а следующие версии используются в серии Crysis. Но, несмотря на именитое родство, а также всю привлекательность Far Cry 3, нельзя не признать, что эта игра больше берет проработанным дизайном, чем передовыми технологиями и богатством графических эффектов. Far Cry 3 поддерживает API DirectX 9 либо DX11 (промежуточный вариант в виде DirectX 10 недоступен), но почти все красоты игры не выходят за рамки возможностей первого. Немногие заметные глазу преимущества, которые можно извлечь из DirectX 11, сводятся к полноэкранному сглаживанию мощностью вплоть до 8x и выбору из трех различных механизмов Ambient Occlusion. Внимательные игроки также могут заметить работу технологии Contact Hardening Shadows: жесткость тени варьируется в зависимости от расстояния между ее источником и затененной поверхностью.

Far Cry 3 в немалой степени ориентирован на консоли с присущими им ограничениями на объем памяти и вычислительную мощность. Кроме того, создание большого открытого окружения требует такого количества дизайнерских человеко-часов, что разработчик не может преуспеть во всех составляющих визуального облика игры, и для него выгоднее, наоборот, сконцентрироваться на нескольких ключевых компонентах. В случае с Far Cry 3 таковыми стали персонажи и окружающая среда.

Возьмем персонажей. Постоянные читатели наверняка помнят, что в свое время NVIDIA в качестве очередной виртуальной красотки, демонстрирующей возможности GeForce 8800 GTX, избрала отрендеренную копию некой модели по имени Adrianne Curry. В 2006 году результат действительно восхищал, в то время как в большинстве игр физиономии персонажей все еще выглядели довольно-таки грубо. Ну а теперь уже красота виртуальной Adrianne Curry уступает внешности Citra — главной обольстительницы из истории Far Cry 3.

Что касается красот природы, то вызывает восхищение тот изящный и эффективный метод, с помощью которого разработчики сделали игровой мир столь богатым и реалистичным. Поначалу картинка просто вызывает восторг и поглощает зрителя целиком, но если присмотреться к деталям, то выяснится, что пейзажи острова довольно однообразные и простые. Нельзя не сравнить Far Cry 3 с первым Crysis, действие которого также происходит на тропическом острове. И в плане проработки окружения сравнение будет не в пользу новинки. Хотя, конечно, это не только или даже, быть может, не столько недостаток Far Cry 3, сколько свидетельство тому, насколько Crysis тогда опередил свое время.

Но сравнение видеоряда Crysis и Far Cry 3 раскрывает и главное преимущество последнего. Это одна из первых игр, которые используют технологию Global Illumination, и с чрезвычайно эффектным результатом. Работа GI в Far Cry 3 складывается из двух основных компонентов: прямого освещения от небесной сферы и рассеянного света, отраженного от элементов игрового окружения.

Направление и оттенок света небесной сферы рассчитывается движком в реальном времени, что позволяет теням от объектов ползти по земле вслед за солнцем.

А данные о распределении света, отражающегося от близко расположенных поверхностей, и видимости неба из определенной точки (зонда – Probe) вычисляется на CPU в «офлайне» (на схеме — Probe Baking), что делает технологию относительно нетребовательной по сравнению с полностью «онлайновой» реализацией Global Illumination. И это, возможно, не последняя причина того, что движок допускает лишь небольшие разрушения игровой среды.

Затем уже в игре из сочетания заранее просчитанной информации и динамического небесного освещения (Relighting) формируются объемные текстуры, с помощью которых GPU придает объектам ту или иную освещенность и оттенок.

Таким образом и получаются сцены с роскошными реалистичными тенями, которыми так привлекает Far Cry 3.

Наконец, в дополнение к описанному алгоритму, версия Far Cry 3 для PC оперирует информацией о распространении света от локальных источников для того, чтобы аппроксимировать динамическое освещение, создаваемое фарами автомобиля, факелами и прочим.

⇡#Настройки графики Far Cry 3

DirectX 9 vs DirectX 11

Итак, Far Cry 3 предлагает выбор между API DirectX 9 и DX 11. Последний вариант открывает доступ к выбору режима полноэкранного сглаживания и алгоритма Ambient Occlusion. Последняя технология выполняет ту же задачу, что и Global Illumination, только в меньшем масштабе: аппроксимирует распределение отраженного света, что лучше всего проявляется в затенении углубленных участков геометрии (ниши, углы и т.д.) по сравнении с выдающимися.

Польза антиалиасинга в Far Cry 3 не подлежит обсуждению, особенно потому, что наш остров головорезов — «весь покрытый зеленью, абсолютно весь». MSAA в сочетании с TSAA (применением суперсемплинга к прозрачным текстурам, из которых состоит обильная тропическая листва) делает картинку куда более четкой, нежели в режиме DirectX 9, хотя и ценой колоссального падения производительности. Что поделаешь, такова неприятная особенность доминирующего сегодня метода отложенного рендеринга (Deferred Rendering).

А вот выбор между методами Ambient Occlusion неоднозначнен. В режиме DirectX 9 по умолчанию доступен только относительно старый и неточный метод – SSAO (Screen space ambient occlusion), при переходе к DirectX 11 появляются еще два варианта: HBAO (Horizon-Based Ambient Occlusion) и HDAO (High Definition Ambient Occlusion).

Как видно по скриншотам, использование SSAO производит довольно грубый результат, резко выделяя стыки полигонов и накладывая обширные тени на поверхности.

Освещение с использованием HBAO также выглядит не очень естественно. Хотя картинка и не столь темная, как при SSAO, в стыках полигонов появляются резкие короткие тени, за счет чего клочки травы на открытых пространствах выглядит как подпаленные, а в закрытых помещениях HBAO придает графике Far Cry 3 отдаленное сходство с мультяшным стилем Borderlands 2.

Наиболее сбалансированные тени производит метод HDAO, подчеркивая объем в тех местах, где нужно, и не создавая странных графических артефактов. Для расчета данных HDAO движок Far Cry 3 задействует API DirectCompute.

GPU от AMD и NVIDIA с теми версиями драйверов, которые использовались в тестировании, работают с тремя режимами Ambient Occlusion с примерно одинаковой эффективностью: разница очень невелика.

Предустановки детализации

Far Cry 3 позволяет в широких пределах изменять детализацию игрового окружения. Предлагаются пять предустановленных настроек: Low, Medium, High, Very High и Ultra, от которых также сильно зависит и производительность. Откатив графику до уровня Low, можно сделать Far Cry 3 играбельным даже на относительно старых системах, хотя при этом и пропадет добрая часть труда дизайнеров.

Предустановки мало влияют на сложность геометрии движущихся моделей и вид закрытых помещений. Сильнее всего изменяется детализация текстур и дальность прорисовки деталей ландшафта. При переходе от низких режимов к высоким постепенно включаются компоненты сложной модели освещения Far Cry 3. Заметная разница также проявляется в том, как выглядят модели персонажей.

Изображение, приближенное к замыслу авторов игры, появляется на экране только в режиме High, при котором наблюдается неплохой компромисс между красотой и быстродействием. В более низких режимах открытые пространства Far Cry 3 становятся похожи на примитивные (а когда-то восхищавшие) декорации TES: Oblivion.

⇡#Участники тестирования

Видеокарты на GPU NVIDIA

Видеокарты на GPU AMD

⇡#Методика тестирования

Поскольку в Far Cry 3 нет встроенного бенчмарка, производительность пришлось оценивать с помощью утилиты FRAPS. Благо, чтобы измерить фреймрейт вручную, в игре есть подходящий эпизод с достаточно длинной, полностью повторяющейся и графически насыщенной сценой: поездка на джипе в начале миссии Secure the Outpost.

Тестирование проводилось при трех вариантах графических настроек. Самый ресурсоемкий режим включает детализацию по максимуму, DirectX 11 и полноэкранное сглаживание MSAA 4x. Режим с более простой графикой включает максимальную детализацию, но в сочетании с DirectX 9, а значит — без сглаживания. Наконец, худшая графика представлена комбинацией DX9 с предустановкой детализации High.

В двух более качественных режимах видеокарты тестировались при разрешении 1920х1080 и 2560х1440, в самом простом — при разрешении 1680х1050 и 1920х1080.

Не каждая видеокарта или конфигурация SLI/CFX проходила тестирование во всех трех режимах. Для отдельно взятого участника представлены результаты в самом ресурсоемком режиме, где он набирает не меньше 30 FPS хотя бы в минимальном разрешении. А если в максимальном разрешении того же режима фреймрейт опускается ниже 30 FPS, видеокарта дополнительно отправляется на тестирование в более простом режиме. Наконец, те участники, которые опустились ниже 30 FPS в минимальном разрешении и самом младшем режиме, полностью выбывали из соревнования.

⇡#Результаты тестирования

Ultra, DirectX 11, MSAA 4x, HBAO, 1920х1080

Ultra, DirectX 11, MSAA 4x, HBAO, 2560х1440

Ultra, DirectX 9, MSAA Off, SSAO, 1920х1080

Ultra, DirectX 9, MSAA Off, SSAO, 2560х1440

High, DirectX 9, MSAA Off, SSAO, 1680×1050

Минимально комфортный фреймрейт в состоянии обеспечить GTX 550 Ti, а также и HD 7750, что является хорошим достижением для столь компактной и экономичной видеокарты. Среди старых моделей этого уровня достигла HD 6790.

High, DirectX 9, MSAA Off, SSAO, 1920х1080

⇡#Выводы

Far Cry 3 во всем своем великолепии является весьма ресурсоемкой игрой. В массовом на сегодняшний день разрешении 1920х1080 при максимальных настройках детализации комфортную частоту смены кадров (около 60 FPS) может обеспечить только видеокарта классом «выше среднего»: Radeon HD 7950 или GeForce GTX 660 Ti. Владельцы GeForce GTX 580 пока тоже могут обойтись без апгрейда.

И это еще без полноэкранного сглаживания. Применение MSAA 4x для большинства видеокарт снижает фреймрейт почти в два раза, и вот уже выбор сводится к GeForce GTX TITAN, GTX 690 или двум Radeon HD 7970 в режиме CrossFireX. Те, кто раньше вложился в GeForce GTX 590, также будут чувствовать себя более-комфортно. То же относится и к игре в разрешении 2560х1440 с выключенным антиалиасингом. Ну а для сочетания 2560×1440 и MSAA 4x годятся только самые мощные конфигурации с двумя или даже тремя GPU.

С другой стороны, если отказаться от сглаживания и пойти на разумный компромисс в детализации графики, то Far Cry 3 вполне вытягивает карта среднего класса, вроде GeForce GTX 660 или Radeon HD 7850, а из старичков – HD 6950 или GTX 570. На худой конец, будет достаточно и самых слабых моделей, которые еще вписываются в категорию игровых: HD 7750 или GTX 550 Ti. Они поддерживают фреймрейт на уровне 30 FPS при установке детализации High в разрешении 1680х1050.

Источник