Vad är global belysning i spel?

Global belysning är en belysningsteknik för 3D-spel som försöker göra scener mer realistiska genom att simulera hur ljus beter sig när det reflekteras från ytor för att belysa närliggande objekt. Mer grundläggande tekniker bygger på så kallad ”direkt belysning”, där en ljuskälla belyser ett objekt och inget annat, vilket inte är hur ljus fungerar i verkligheten. Med global belysning, eller ”indirekt belysning”, kan ljuset studsa mot ett objekt och belysa närliggande objekt också, vilket ser mycket mer realistiskt och naturligt ut.

Föreställ dig en solig dag ute, men du tittar in i ett mörkt rum med fönster längs väggen, och dessa fönster har mörkläggningsgardiner. När du lyfter gardinerna börjar solljuset strömma in i rummet. Om du använde grundläggande belysningstekniker skulle ljuset träffa golvet och bilda hårda vinklar där det bara belyser golvet, och det skulle se ut som ett fönster på själva golvet, eller en rektangel av ljus.

Med global belysning skulle det ljuset reflekteras uppåt och belysa taket samt resten av rummet. I den här situationen, och i verkligheten, blir golvet en ljuskälla om det har tillräckligt med ljus för att nå närliggande föremål. Du kan föreställa dig att större delen av rummet blir ganska väl upplyst av ljuset som kommer in genom fönstren, istället för att det bara lyser upp golvet. Du kan se hur det ser ut i videon nedan.

Hur det ser ut beror på spelet och hur belysningen är implementerad, så resultaten kan variera kraftigt. Det du inte kommer att se så ofta är riktigt hårda skuggor, eftersom det vanligtvis inte är så ljuset beter sig i den verkliga världen. Nedan finns tre exempel på hur det ser ut i moderna spel så att du själv kan avgöra om du tycker att det ser realistiskt ut eller inte.

Detta spel erbjuder global belysning och strålspårning som ett alternativ för att förbättra det, och nedan visar vi hur det ser ut.

Först inaktiverade vi strålspårning och körde spelet med global belysning inställd på både LÅG och HÖG. Som du kan se nedan finns det praktiskt taget ingen synlig skillnad alls, med lampan som kastar en mycket hård och orealistisk skugga runt sin bas, med en tydlig linje där ljuset lyser och där det inte gör det.

Därefter aktiverade vi fullständig strålspårning, även känd som Path Tracing, och lämnade global belysning inställd på HIGH. Skillnaden är ganska märkbar. Som du kan se nedan är ljuset nu spritt runt basen på pelaren som håller lampan och är mycket diffust, i princip över hela området, med ljuset som studsar mot bergväggarna och lyser upp golvet också. De hårda skuggor som fanns tidigare har försvunnit, och klippväggarna runt scenen reflekterar ljuset överallt.

Cyberpunk 2077 har banföljning som möjliggör global belysning, och med banföljning aktiverad ser vi ett tydligt exempel på indirekt belysning. Pelarna på höger sida av scenen är nästan kolsvarta när strålföljning är inaktiverad, men blir upplysta när banföljning är aktiverad eftersom skylten på väggen lyser upp golvet framför dem.

Detta spel har inbyggd global belysning, men det finns ett alternativ för att aktivera Ray Traced Indirect Diffuse Lighting, som kan lägga till vissa belysningshöjdpunkter på ytor. I dessa skärmdumpar kan du se på röret ovanför ljuskällan när du sveper fram och tillbaka hur det nästan helt belyses när indirekt belysning är aktiverad.

Den största nackdelen är att det vanligtvis kombineras med strålspårning, så du behöver en kraftfull GPU för att köra ett spel med 60 fps, även om uppskalningsteknik och bildgenerering kan hjälpa. Den andra nackdelen är att denna teknik inte finns i många spel, eftersom den kräver ett kraftfullt grafikkort och, om den är inbyggd, mycket arbete från utvecklarna. Den finns vanligtvis bara i AAA-spel för en spelare som Cyberpunk, Indiana Jones, Metro Exodus, Avatar: Frontiers of Pandora och liknande titlar.

De största fördelarna med global belysning är att den gör spelen mer realistiska. Den beräknar hur ljuset skulle reflekteras och belysa närliggande objekt i den verkliga världen, vilket oftast ser väldigt bra ut.

Det är det inte, och ett sätt att se på det är att global belysning är resultatet av en renderingsprocess, och strålspårning är bara ett sätt att uppnå det slutresultatet, men det är inte det enda sättet. Konstnärer och programmerare kan fejka det genom att göra ett enormt arbete i förväg med att beräkna ljusreflektioner och sedan baka in den belysningen i spelets texturer och miljöer. Om det kräver för mycket resurser kan de förlita sig på strålspårning, som kan göra det i realtid i spelet, men detta medför en stor nackdel eftersom de flesta spelare ännu inte äger hårdvara som kan köra strålspårning med 60 fps.