Czym są mapy cieni w grach?

Cienie nie służą wyłącznie do nadania wizualnego uroku. Sprawiają one, że światy gier wydają się realistyczne, a bez nich nawet najbardziej szczegółowe środowiska wyglądają płasko i bez życia. Podobnie jak Ambient Occlusion i Global Illumination, Shadow Maps mają na celu nadanie grom bardziej realistycznego wyglądu. Jedną z najpopularniejszych technik renderowania cieni w czasie rzeczywistym jest shadow mapping, metoda, która pozwala twórcom gier dodać głębię i realizm bez znacznego obniżania wydajności.

Mapowanie cieni działa w dwóch etapach. Najpierw tworzy się teksturę mapy cieni z perspektywy źródła światła. Ta mapa przechowuje informacje o głębokości, pokazując, jak daleko obiekty są od światła. Drugi etap to renderowanie z punktu widzenia gracza, gdzie gra porównuje każdy piksel z mapą cieni. Jeśli piksel znajduje się dalej niż odległość zarejestrowana przez światło, wpada w cień. Jeśli jest bliżej lub znajduje się w tej samej odległości, pozostaje oświetlony. To podejście jest wydajne i dobrze sprawdza się w przypadku dynamicznego oświetlenia, dlatego od lat jest podstawą grafiki w grach czasu rzeczywistego.

Mapy cieni mają jednak swoje ograniczenia. Ponieważ opierają się one na teksturze, ważna jest rozdzielczość. Mapy cieni o niskiej rozdzielczości mogą powodować widoczne postrzępione krawędzie lub wyraźne migotanie podczas poruszania się. Niestety, samo zwiększenie rozdzielczości nie jest łatwym rozwiązaniem, ponieważ mapy cieni o wysokiej rozdzielczości wymagają więcej pamięci i mocy obliczeniowej. Deweloperzy często stosują techniki takie jak kaskadowe mapy cieni lub filtrowanie, aby wygładzić te artefakty.

W większości gier można dostosować jakość cieni w ustawieniach grafiki. Typowe opcje obejmują:

• Jakość cieni – reguluje rozdzielczość i filtrowanie. Wyższe ustawienia zapewniają ostrzejsze i dokładniejsze cienie, ale wymagają większej mocy procesora graficznego.
• Miękkie cienie – dodaje bardziej wygładzone krawędzie, aby uzyskać bardziej naturalny wygląd.
• Dynamiczne cienie – włącza cienie, które poruszają się i aktualizują wraz z obiektami i światłami.
• Kontaktowe cienie – poprawiają realizm poprzez dodanie subtelnych cieni w miejscach styku obiektów z powierzchniami.
• Odległość cieni – kontroluje odległość renderowania cieni od kamery. Zwiększenie tej wartości poprawia szczegółowość w dalekim zasięgu, ale wpływa na wydajność.

Podobnie jak w przypadku większości ustawień gier, warto poeksperymentować, aby znaleźć idealny punkt, w którym jakość grafiki wygląda świetnie, nie obniżając jednocześnie liczby klatek na sekundę.

Ray tracing stosuje inne podejście. Zamiast opierać się na wstępnie obliczonej mapie, symuluje rzeczywiste ścieżki promieni światła odbijających się w scenie. Dzięki temu cienie są dokładniejsze, bardziej miękkie i naturalniejsze, zwłaszcza w przypadku złożonych scenariuszy oświetleniowych. Kompromisem jest wydajność. Ray tracing jest obliczeniowo kosztowny, dlatego dopiero niedawno stał się opłacalny w renderowaniu w czasie rzeczywistym dzięki nowoczesnym procesorom graficznym i technologiom takim jak DLSS.

Mapy cieni są znacznie mniej wymagające pod względem sprzętowym, co sprawia, że są one domyślnym wyborem w większości gier. Nawet przy wysokich ustawieniach jakości mapy cieni zazwyczaj powodują znacznie mniejszy spadek wydajności w porównaniu z cieniami renderowanymi metodą ray tracingu. Włączenie ray tracingu może znacznie obniżyć liczbę klatek na sekundę, więc gracze często muszą znaleźć kompromis między wiernością wizualną a płynnością rozgrywki. Dla wielu mapy cieni stanowią najlepszy kompromis między realizmem a wydajnością.