Czym jest globalne oświetlenie w grach?

Globalne oświetlenie to technologia oświetleniowa stosowana w grach 3D, która ma na celu nadanie scenom bardziej realistycznego wyglądu poprzez symulację zachowania światła odbijającego się od powierzchni i oświetlającego pobliskie obiekty. Bardziej podstawowe techniki opierają się na tak zwanym „oświetleniu bezpośrednim”, w którym źródło światła oświetla tylko obiekt, a nie inne elementy, co nie odpowiada rzeczywistemu działaniu światła w świecie rzeczywistym. Dzięki globalnemu oświetleniu, czyli „oświetleniu pośredniemu”, światło może odbijać się od obiektu i oświetlać również pobliskie obiekty, co wygląda znacznie bardziej realistycznie i naturalnie.

Wyobraź sobie słoneczny dzień na zewnątrz, ale patrzysz na wnętrze ciemnego pokoju z oknami wzdłuż ściany, a okna te mają rolety zaciemniające. Kiedy podnosisz rolety, światło słoneczne zaczyna wpadać do pokoju. Jeśli używałbyś podstawowych technik oświetleniowych, światło padałoby na podłogę i tworzyło ostre kąty, oświetlając tylko podłogę, i wyglądałoby to jak okno na samej podłodze lub prostokąt światła.

W przypadku oświetlenia globalnego światło to odbijałoby się i oświetlało sufit, a także resztę pomieszczenia. W tej sytuacji, podobnie jak w rzeczywistości, podłoga staje się źródłem światła, jeśli ma wystarczającą ilość światła, aby przejść do pobliskich obiektów. Można sobie wyobrazić, że większość pomieszczenia jest dość dobrze oświetlona światłem wpadającym przez okna, a nie tylko podłogą. Jak to wygląda, można zobaczyć na poniższym filmie.

Wygląd zależy od gry i sposobu implementacji oświetlenia, więc wyniki będą się znacznie różnić. Rzadko można zobaczyć naprawdę ostre cienie, ponieważ zazwyczaj nie tak zachowuje się światło w prawdziwym świecie. Poniżej znajdują się trzy przykłady tego, jak wygląda to w nowoczesnych grach, abyś mógł sam ocenić, czy wygląda to realistycznie, czy nie.

Ta gra oferuje globalne oświetlenie i ray tracing jako opcję poprawiającą jej jakość. Poniżej pokazujemy, jak to wygląda.

Najpierw wyłączyliśmy ray tracing i uruchomiliśmy grę z globalnym oświetleniem ustawionym zarówno na LOW, jak i HIGH. Jak widać poniżej, praktycznie nie ma żadnej widocznej różnicy, a lampa rzuca bardzo ostre i nierealistyczne cienie wokół swojej podstawy, z wyraźną linią oddzielającą obszar oświetlony od nieoświetlonego.

Następnie włączyliśmy pełne ray tracing, znane również jako Path Tracing, i pozostawiliśmy globalne oświetlenie ustawione na HIGH. Różnica jest dość znacząca. Jak widać poniżej, światło jest teraz rozproszone wokół podstawy filaru podtrzymującego lampę i jest bardzo rozproszone, zasadniczo w całym obszarze, odbijając się od skalnych ścian i oświetlając również podłogę. Twarde cienie, które były obecne wcześniej, zniknęły, a skaliste ściany wokół sceny odbijają światło dookoła.

Cyberpunk 2077 wykorzystuje technologię śledzenia ścieżek, która umożliwia globalne oświetlenie, a dzięki jej włączeniu możemy zobaczyć wyraźny przykład oświetlenia pośredniego. Filary po prawej stronie sceny są prawie całkowicie czarne przy wyłączonym śledzeniu promieni, a po włączeniu śledzenia ścieżek stają się oświetlone, ponieważ znak na ścianie oświetla podłogę przed nimi.

Ta gra ma wbudowane globalne oświetlenie, ale jest też opcja włączenia pośredniego oświetlenia rozproszonego z wykorzystaniem ray tracingu, które może dodać trochę światła do powierzchni. Na tych zrzutach ekranu spójrz na rurę nad źródłem światła, przesuwając palcem w tę i z powrotem. Zobaczysz, jak jest prawie całkowicie oświetlona, gdy włączone jest pośrednie oświetlenie.

Główną wadą jest to, że technologia ta jest zazwyczaj połączona z ray tracingiem, więc do uruchomienia gry z prędkością 60 klatek na sekundę potrzebny jest wydajny procesor graficzny, choć pomocne mogą być technologie skalowania i generowania klatek. Inną wadą jest to, że technologia ta nie jest stosowana w wielu grach, ponieważ wymaga wydajnej karty graficznej, a jeśli jest wbudowana, to również dużego nakładu pracy ze strony twórców. Zazwyczaj spotyka się ją tylko w grach AAA dla jednego gracza, takich jak Cyberpunk, Indiana Jones, Metro Exodus, Avatar: Frontiers of Pandora i podobnych tytułach.

Główną zaletą globalnego oświetlenia jest to, że sprawia ono, że gry wyglądają bardziej realistycznie. Oblicza ono, w jaki sposób światło odbija się i oświetla pobliskie obiekty w prawdziwym świecie, co zazwyczaj wygląda naprawdę dobrze.

Nie jest, a jednym ze sposobów myślenia o tym jest to, że globalne oświetlenie jest wynikiem procesu renderowania, a ray tracing jest tylko jednym ze sposobów osiągnięcia tego efektu końcowego, ale nie jedynym. Artyści i programiści mogą to symulować, wykonując ogromną pracę z wyprzedzeniem, obliczając odbicia światła, a następnie wbudowując to oświetlenie w tekstury i środowiska gry. Jeśli wymaga to zbyt wielu zasobów, mogą polegać na ray tracingu, który jest w stanie wykonać to w czasie rzeczywistym w grze, ale wiąże się to z poważną karą, ponieważ większość graczy nie posiada jeszcze sprzętu zdolnego do uruchamiania ray tracingu z prędkością 60 klatek na sekundę.