Экранная ambient occlusion: GTAO как оценка видимости

Определите смысл скалярного значения

Ambient occlusion приближённо описывает, как окружающая геометрия перекрывает фоновое освещение поверхности. Полезная диффузная формулировка измеряет видимость по её полусфере с косинусным весом. Здесь видимость 1 означает открытое окружение, а 0 — полное перекрытие. Этот скаляр приближает конкретную задачу освещения и не является универсальным множителем теней для готового изображения.

GTAO переформулирует интеграл видимости через поиск горизонтов в сечениях и аналитическое интегрирование внутри каждого сечения. Исходная работа также объясняет предположения, позволяющие разделить перекрытие и освещение. [1]

Учитывайте отсутствующую геометрию буфера глубины

Экранные методы восстанавливают близлежащие позиции из глубины камеры и используют предоставленные или восстановленные нормали. Буфер описывает видимые поверхности, а не полную объёмную сцену. Скрытые поверхности, перекрывающая геометрия вне экрана и толщина объектов недоступны, если их не дают дополнительные представления.

Поэтому тонкая перекладина может создавать чрезмерное кажущееся перекрытие, а отсутствующая геометрия — недостаточное. XeGTAO рассматривает это предположение о поле высот, эвристики толщины и сравнение с эталонами, полученными трассировкой лучей. [2] Увеличение числа выборок уменьшает ошибку выборки, но не добавляет отсутствующую геометрию.

Пример расчёта: применение к нужному компоненту света

Пусть упрощённый скалярный расчёт освещения содержит фоновый вклад 0.4 и уже вычисленный прямой вклад 0.6. Оценка видимости AO, равная 0.65, меняет фоновую составляющую на 0.4 * 0.65 = 0.26. Общий результат становится 0.26 + 0.6 = 0.86.

Если вместо этого умножить итоговое значение 1 на 0.65, потемнеет и прямой вклад. Это другая художественная операция. Пример показывает интеграцию, а не универсальное уравнение освещения. Направленное освещение окружения, зеркальные отражения и непрямой свет, уже учитывающий видимость, требуют более аккуратной обработки, чем повсеместное применение одного скаляра. [1]

Сначала откалибруйте геометрию и масштаб

Создайте тестовую сцену с углом стены, тонким столбом возле пола и отдельной плоской поверхностью. До настройки силы эффекта проверьте восстановление глубины и ориентацию нормалей. Задавайте радиус эффекта в согласованных единицах сцены. Больший радиус меняет аппроксимируемую окрестность, а не просто повышает качество.

Осмотрите исходную AO, затем результат фильтрации. Двигайте камеру так, чтобы тестовая геометрия пересекала границы экрана и разрывы глубины. Настраивайте фильтр с учётом границ и обработку толщины по эталону с тем же радиусом. XeGTAO показывает, почему настройки, улучшающие тонкие объекты, могут ухудшать результат для действительно глубоких препятствий. [2]

Оценивайте стабильность и художественные ограничения

Проверяйте контактные детали, ореолы и зависимые от камеры изменения в движении. Временная фильтрация уменьшает шум, но требует проверки при изменении видимости. Не накапливайте несколько членов окклюзии, дважды затемняющих один вклад. AO не моделирует переотражения света между цветными поверхностями, а приближение перекрытого света может чрезмерно затемнять полости. Согласуйте силу эффекта с моделью освещения и измеряйте полную стоимость восстановления, оценки и фильтрации.

Источники

• [1] Practical Realtime Strategies for Accurate Indirect Occlusion — Jorge Jimenez, Xian-Chun Wu, Angelo Pesce and Adrian Jarabo, original technical report.
• [2] XeGTAO — Intel GameTechDev, original implementation and technical explanation.