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环境光遮蔽

环境光遮蔽（英语：ambient occlusion）是计算机图形学中的一种着色和渲染技术，用来计算场景中每一点是如何接受环境光的。例如，一个管道的内部显然比外表面更隐蔽（因此也更暗），越深入管道光线就越暗。环境光遮蔽可以被看作是光线能到达表面上每一点的能力的数值。[1]在拥有开放天空的场景中，这是通过估算每个点的可看见天空的大小来完成的；而在室内环境中，只考虑一定范围内的物体，并假设墙壁是环境光源。处理结果是一个漫反射、非定向的着色效果，并不会形成明确的阴影，只是能让靠近物体及被遮蔽的区域更暗，并影响渲染图像的整体色调。环境光遮蔽常被用作后期处理。

用了环境光遮蔽的地图（中），只有在拐角的最内侧才会变暗

与局部方法如Phong着色法不同，环境光遮蔽是一种全局方法，意味着每个点的照明是场景中其他几何体的共同作用。然而，这只是一个非常粗略的近似全局光照。仅通过环境光遮蔽得到的物体外观与阴天下的物体相似。

第一个可以实时模拟环境光遮蔽的算法是由Crytek（CryEngine 2）的研发部门开发的。[2] 随着英伟达2018年发布的实时光线追踪硬件，光线追踪环境光遮蔽（英语：ray traced ambient occlusion, RTAO）在游戏和其他实时应用中成为可能。[3]虚幻引擎在4.22版本中加入了这个特性。[4]

实现

右侧的3D动画上启用了环境光遮蔽

在没有硬件辅助的光线追踪环境光遮蔽时，实时应用程序，如电脑游戏，可以使用屏幕空间环境光遮蔽（英语：Screen space ambient occlusion）或水平基准环境光遮蔽（英语：Horizon Based Ambient Occlusion+）作为真实感环境光遮蔽的一个更快速的近似处理，使用像素深度而不是场景几何形成一个环境光遮蔽地图。

环境光遮蔽与可访问着色法相关，它根据表面被各种元素（如污垢、光线等）接触的容易程度来决定外观，以其相较之下的简单性和高效性在动画制作中得到了广泛的应用。

环境光遮蔽着色器能让人更好地感知三维的显示对象。一篇论文中的感知实验的结果表明，漫反射均匀天空照明下的深度提示优于直接照明模型。[5]

分类

  • SSAO
萤幕空间环境光遮蔽（英语：Screen space ambient occlusion）
  • SSDO
萤幕空间定向定向遮蔽（英语：Screen space directional occlusion）
  • RTAO
光线追踪环境光遮蔽（英语：Ray Traced Ambient Occlusion）
  • HDAO
高分辨率环境光遮蔽（英语：High Definition Ambient Occlusion）
  • HBAO+
水平基准环境光遮蔽（英语：Horizon Based Ambient Occlusion+）
  • AAO
Alchemy Ambient Occlusion
  • ABAO
角度基准环境光遮蔽（英语：Angle Based Ambient Occlusion）
  • PBAO
预烘焙环境光遮蔽（英语：Pre Baked Ambient Occlusion）
  • VXAO
体素基准环境光遮蔽（英语：Voxel Accelerated Ambient Occlusion）
  • GTAO
Ground Truth based Ambient Occlusion[6]

认可

2010年，海登·兰迪斯、肯·麦高和希尔玛·科赫因为他们在环境光遮蔽渲染方面的工作获得了学院科学技术奖（英语：Scientific and Technical Academy Award）。[7]

参考资料

  1. ^ （英文）Miller, Gavin. Efficient algorithms for local and global accessibility shading. Proceedings of the 21st annual conference on Computer graphics and interactive techniques. 1994: 319–326. 
  2. ^ （英文）AMBIENT OCCLUSION: AN EXTENSIVE GUIDE ON ITS ALGORITHMS AND USE IN VR. ARVIlab. [2018-11-26]. （原始内容存档于2018-11-26）. 
  3. ^ （英文）Ray Traced Ambient Occlusion. Nvidia. [2019-12-21]. （原始内容存档于2019-06-18）. 
  4. ^ （英文）Unreal Engine Adds Support for DX12 Raytracing. ExtremeTech. [2019-12-21]. （原始内容存档于2019-04-16）. 
  5. ^ （英文）Langer, M.S.; H. H. Buelthoff. Depth discrimination from shading under diffuse lighting. Perception. 2000, 29 (6): 649–660. CiteSeerX 10.1.1.69.6103  . PMID 11040949. doi:10.1068/p3060. 
  6. ^ （英文）Practical Realtime Strategies for Accurate Indirect Occlusion (PDF). [2019-12-21]. （原始内容存档 (PDF)于2020-02-24）. 
  7. ^ （英文）Oscar 2010: Scientific and Technical Awards （页面存档备份，存于互联网档案馆）, Alt Film Guide, Jan 7, 2010
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