[心得] 動物先生遊戲世界之環境光源吸收特效

[snowanimal (動物先生)]

動物先生遊戲世界之環境光源吸收特效

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之前曾應邀參加了NVIDIA的技術講座，可惜的是主題並不是最新的開普勒GPU…而是在談
一些NVIDIA的獨佔技術：除了較常聽到的PhysX、CUDA等之外，其中最引起我興趣的的特
效叫做「漫射陰影環場遮擋」，或稱之為「環境光源吸收」，英文稱為：Ambient
Occlusion（簡稱AO）。從NVIDIA控制面板的說明看到：可以藉由降低被周圍物體所遮蔽
的表面環境光線強度來增加場景逼真感。它可以根據物體在場景中的位置，給物體加上柔
軟的陰影效果，以增強深度感知...

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看完這一串文字我想大多數的玩家應該頭都昏了，其實針對這特效原理簡單的說明就是：
遊戲中的陰影大多都是單一顏色，且影子邊緣很鋒利。然而現實生活中，要達到鋒利的陰
影，除了點光源或非常強的單向光以外，在正常環境下幾乎是看不見銳利的陰影邊緣。實
際狀況應該是「由模糊的邊緣漸漸地向內變黑」。為了要讓遊戲中的畫面更貼近真實一點
，NVIDIA開發了「環境光源吸收」技術，其基本原理就是去計算光線經過反射、吸收後所
得到的陰影漸層，因此影子再也不是單一色調，而是有深淺的變化。

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從上面這張我利用Power Point繪製的示意圖應該可以很快速的理解，遊戲中的單色銳利
陰影看起來不太真實，而左側加上了柔邊與漸層之後感覺比較像實際的狀況。當然若是只
有來自右上方的單一光源，而其他地方都沒光線，那麼右邊的銳利陰影是沒有問題的。但
現實生活中，或者遊戲內，僅有單向光源的場景應該是少之又少。換言之NVIDIA的「漫射
陰影環場遮擋」特效，就是為了讓遊戲的畫面看起來更真實一些。


開啟這特效真的有如NVIDIA所說的如此貼近真實嗎？而且天下沒白吃的午餐，因此當開啟
特效時對於遊戲效能會帶來多大的負擔呢？這正是我所感興趣的東西。

以下我以魔獸世界作為例子進行測試，會挑選這個遊戲的理由是，曾經看過幾篇討論「漫
射陰影環場遮擋」的文章，有不少人認為遊戲畫面根本感覺不出差異。後來我想了想，魔
獸世界裡面有兩個太陽，而且建築物等東西繁多，在大場景之下或許有不一樣的畫面，除
此之外就是魔獸世界可以登出再登入，兩次都會相同的地方（誤差非常小），因此用來比
較應該是再適合也不過了。測試的地點都在奧格瑪城，只有小小的換了些位置…

奧格瑪地點A
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我利用鏡像處理，讓開啟與關閉的結果比較好看清楚。
偏上方的方塊中，可以兩頂看見屋頂帳篷的交接處，開啟AO效果後，會多出一快較黑的陰
影；而下方樓梯從靠近山壁的地方，有個逐漸淡出的黑色陰影。這是因為這個地點位於峽
谷下方，加上光源在畫面正前方仰角約45度處，因此除了沒有太陽直接照射外，靠近角落
的地方，本來就應該比較暗。

奧格瑪地點B
http://farm8.staticflickr.com/7015/6708733137_e32d8b9834_b.jpg

http://animal.myweb.hinet.net/OA/Field_B.gif

光源在畫面正前方仰角約40度的位置。偏上方的黃色框框處，開啟AO後可以較為真實的表
現出屋頂帳篷遮到光線所以比較暗的狀況，不過並不是太明顯。而中間與下方的兩個區塊
就可以比較明顯看見：開啟AO後，山壁下方內凹的地方，以及有植物遮擋的位置變得更暗
，而左方關閉特效則可以發現山壁陰影較小，而且樹下沒有陰影。

奧格瑪地點C
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http://animal.myweb.hinet.net/OA/Field_C.gif

這同樣也是一處峽谷，但不同的是我人物站在山壁後面，向亮處觀看。可以發現開啟AO後
，畫面右邊的亮度明顯較暗。

在此我也提供相近視角的原始圖片供大家參考。若是無法從以上的貼圖看出開啟或關閉AO
的遊戲場景差異，建議可以點選如下的連結，在同一個畫面下切換開啟與關閉的擷圖，應
該可以看得出不少差異才是。但就遊戲過程而言，這是個很主觀的特效，有些人覺得沒開
特效也沒差，有些玩家喜歡開啟所有的特效。我個人是偏好開啟特效的那一派，不過像是
反鋸齒在魔獸世界裡我就相對比較不在意。
既然決定要開啟這特效來玩遊戲了，那麼會影響多少效能？因為最近沒有深入的玩魔獸世
界，也沒有團可以出。因此就回歸到最基本的鳥點飛行測試，本次選擇由「奧格瑪」飛往
「北方火箭道」，全程約兩分半鐘。開啟與關閉AO各飛三次，取其平均值。

測試配備如下：
Intel Core i7-950 @ 4.14GHz
Kingston DDR3-1433 4GBx6
Gigabyte X58-UD5
OCZ Vortex 2 SSD 128GB
Windows 7 Ultimate
Battlefield 3

MSI N570GTX Twin Frozr III Power Edition @800MHz
NVIDIA ForceWare 285.55

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http://farm8.staticflickr.com/7154/6708736893_62ffd6831c_z.jpg

從結果可以看到開啟AO後平均FPS降低了10張左右（約10.7%），最大FPS則是下滑26.2%！
不過在最小FPS則是相差無幾。因此開啟AO特效，在魔獸世界裡看起來會降低10%的效能。
這對於高階如GTX 570顯示卡應付魔獸世界，實在是小菜一碟；但對於BF 3這個吃硬體效
能的怪獸呢？任何一點效能降低對玩家都是一種考驗。雖然AO有分「品質」與「效能」兩
種等級差別，但既然要開啟特效，當然就直接調整到品質啦…所以個人建議要開啟「漫射
陰影環場遮擋」效果，最好還是針對每種遊戲進行微調。不然像是英雄聯盟麻…我開啟關
閉AO並且抓了快20張擷圖，說真的還看不出效果在哪（FPS也沒差別）。

結論：AO的效果基本上不錯，但並不是每一款遊戲都會有很明顯的差異。開啟AO後會降低
約10%的遊戲效能表現（以魔獸世界來說），是否要犧牲部分FPS換取稍微真實一點的遊戲
場景就端看各位玩家的配備與遊戲類型啦。

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◆ From: 114.25.16.86
→ Khadgar:最大FPS下降很好阿, min FPS>60后, Avg 和Max都沒有意義
→ snowanimal:http://webhd.xuite.net/_oops/animalion/haj 圖檔打包
→ newsnew:有考慮去達拉然試試嗎？
推 mightysuns:\wow/
推 korsg:你配備跟我完全一樣xdd 開啟後會有個大問題
→ korsg:某些場景fps會大幅下降 EX:往時光洞穴的路途上那片蟲巢
→ korsg:但是轉個角度就恢復正常. 如果把ao關掉則是完全沒問題
→ snowanimal:我在奧格瑪內是還沒發生這問題，達拉然現在人不多 = =
→ snowanimal:不過可以去達拉然那邊試試看就是了