Qu’est-ce que l’occlusion ambiante ?

Dernière mise à jour le par Nicholas Frost

Aux débuts des jeux vidéo, où l’on n’avait que des pixels ou des sprites bidimensionnels indiscernables, beaucoup de choses étaient laissées à l’imagination. À l’époque, les graphiques informatiques étaient composés de formes à peine reconnaissables, faites pour passer pour leurs homologues du monde réel (ou, dans de nombreux cas, du monde du cinéma). Ils faisaient du mieux qu’ils pouvaient et se concentraient ensuite sur un jeu amusant et répétitif qui est une excellente façon de passer le temps chaque samedi après-midi. Cela a duré très longtemps, l’Atari 2600 étant la principale console de salon qui a fait le travail.

Après le crash des jeux vidéo dans les années 80, Nintendo et Sega renaissent de leurs cendres et fabriquent de nouvelles consoles : la Nintendo Entertainment System et la Sega Genesis respectivement. Ces consoles présentaient de bien meilleurs graphismes où l’on pouvait vraiment reconnaître chaque élément individuel. Bien sûr, il en reste encore pour l’imagination, mais vous n’aurez certainement pas besoin de travailler aussi dur qu’avant. Pendant cette ère 8 bits et les suivantes 16 bits, les graphiques des sprites ont été portés à la limite absolue que la technologie de l’époque pouvait donner. Mais c’était encore le domaine de la 2D ou des deux dimensions. La plupart des jeux étaient à défilement latéral ou descendant, et tout jeu “3D” qui sortait utilisait encore des graphismes de sprites. C’était un excellent moyen de créer des jeux, et de nombreux jeux classiques étaient encore considérés comme les meilleurs dans leur genre. Cependant, lorsque la Playstation de Sony a fait son apparition, l’industrie du jeu n’a plus jamais été la même. Elle allait entrer dans le domaine des trois dimensions, ou 3d.

Avec l’arrivée du graphisme en 3d, une nouvelle frontière est apparue dans le domaine des jeux vidéo. Soudain, les sprites bidimensionnels appartenaient au passé, et les développeurs de jeux ont rapidement repoussé les limites pour créer des graphismes 3d de plus en plus performants qui rendraient l’immersion dans le jeu la meilleure possible sur le plan technologique. Si pendant les ères 8 et 16 bits, très peu de choses étaient laissées à l’imagination, à l’aube des graphiques 3d, il ne restait presque rien. Les développeurs de jeux pouvaient créer pratiquement tout ce qu’ils pouvaient modéliser et utiliser dans le jeu. Et avec le temps, la qualité de ces graphismes 3D s’est améliorée.

Aujourd’hui, la qualité des graphismes 3d dans les jeux vidéo, en particulier dans les jeux vidéo triple A, est si élevée qu’elle brouille les lignes de la réalité. En effet, au fil des ans, de nombreuses fonctionnalités ont été développées pour améliorer considérablement le réalisme que peuvent apporter les graphismes 3d. De l’accélération matérielle à la mise au point de logiciels, les jeux en 3D d’aujourd’hui sont à des années-lumière de ce dont les créateurs de jeux des années 60 et 70 pouvaient rêver.

De nombreux éléments des graphismes 3d contribuent à produire une image fantastique. L’éclairage est, bien sûr, l’un des plus importants. Pouvoir prendre en compte les effets de la lumière dans une zone et les ombres qu’elle provoque peut faire la différence entre une image de haute qualité. Et c’est là qu’intervient l’occlusion ambiante.

Qu’est-ce que l’occlusion ambiante ?

À première vue, le terme semble et sonne très technique. Et si vous le définissez en découvrant ce que les mots “ambiant” et “occlusion” signifient séparément, vous aurez une vague idée de ce que c’est. Les dictionnaires en ligne définissent le terme “ambient” comme “se rapportant à l’environnement immédiat de quelque chose”. Cela semble assez simple. Cependant, “occlusion” signifie deux choses légèrement différentes, qui ont toutes trois choses en commun : un blocage, une fermeture momentanée et un positionnement.

En combinant ces trois éléments, vous obtiendrez quelque chose du genre “choses autour de ce blocage”. Cela semble toujours déroutant ? Ne vous inquiétez pas, ce n’est pas si loin. Vous voyez, l’occlusion ambiante est la méthode d’ombrage et de rendu qui permet de déterminer dans quelle mesure un point spécifique d’une scène rendue reçoit la lumière ambiante. C’est la méthode qui permet de voir dans quelle mesure chaque point de la scène est “accessible” à la lumière ambiante, afin de produire un effet beaucoup plus proche du fonctionnement de l’éclairage du monde réel. Elle est différente du shadow casting (nous y reviendrons plus tard) mais produit un effet d’ombrage. Les zones fermées ou difficiles d’accès sont assombries, et les zones exposées sont éclaircies, ce qui augmente le réalisme d’une scène.

Toujours confus ? Pensez-y de cette façon. Prenez un tube de papier toilette en carton, et placez-le sur une table régulièrement éclairée. Jetez un coup d’œil à l’intérieur du tube, puis regardez à l’extérieur. Comme l’intérieur du tube n’est pas facilement accessible par la lumière ambiante, il semble plus sombre que l’extérieur du tube. C’est ce que fait l’occlusion ambiante. Maintenant, si le monde réel avait des paramètres graphiques, et que nous désactivons l’occlusion ambiante, il ne sera pas si facile de distinguer ce qui est à l’intérieur du tube de ce qui est à l’extérieur. A moins que les textures (nous y reviendrons plus tard également) du tube en carton ne soient déjà peintes d’ombres.

L’occlusion ambiante, lorsqu’elle est réalisée correctement, donne une scène qui semble beaucoup plus réaliste que lorsqu’elle est rendue sans occlusion ambiante. Mais il fut un temps où l’occlusion ambiante n’était pas utilisée dans les jeux vidéo. En 2001, le film Pearl Harbor, avec Ben Affleck et Kate Beckinsale, a utilisé l’occlusion d’ambiance. En 2007, le jeu “Crysis” de Crytek a dévoilé l’occlusion d’ambiance, la première fois que l’occlusion d’ambiance a été utilisée dans un jeu vidéo. Les résultats ont été stupéfiants, et à l’époque, Crysis a été salué comme une épopée de science-fiction magnifiquement réalisée. Non seulement en raison de l’histoire et du gameplay, mais aussi en raison des graphismes de pointe de l’époque. Mais cette technologie de pointe signifiait qu’à sa sortie, Crysis avait l’une des exigences matérielles les plus élevées de tous les jeux. Néanmoins, elle a fixé la barre que doivent atteindre ou dépasser les autres titres triple A qui souhaitent obtenir des graphismes immersifs et réalistes.

Comment fonctionne l’occlusion d’ambiance ?

Nous savons maintenant ce qu’est l’occlusion ambiante. Mais comment fait-elle son travail en ajoutant de la profondeur dans la scène du jeu vidéo sous forme d’ombres ?

La méthode développée par Crytek, plus précisément par Vladimir Kajalin, fonctionne comme un algorithme de pixel shader. Les pixel shaders calculent essentiellement les différents attributs et paramètres d’une zone d’une scène ou d’un objet dans une scène, et produisent un résultat basé sur ces calculs. Il peut s’agir d’un simple résultat comme une couleur unie ou, dans ce cas, une quantité de lumière. Il le fait pour chaque pixel présent sur l’écran.

Cela semble être beaucoup de travail, et c’est le cas. C’est sans doute précisément pour cette raison qu’il a fallu tant de temps pour l’appliquer aux jeux vidéo. Parce qu’avant cela, il était très difficile d’exécuter une occlusion d’ambiance via un rendu en temps réel. Mais la solution produite par Crytek, qui utilise l’échantillonnage d’un nombre déterminé de pixels au lieu de chaque pixel, a permis de réduire considérablement le temps et le traitement nécessaires. Et avec d’autres technologies développées en parallèle, elle a permis de produire une image de haute qualité acceptable pour l’avancement des graphiques de jeux vidéo.

De nos jours, il existe de nombreux types d’occlusion ambiante ou AO, comme l’appelle l’industrie, et ils fonctionnent de manière légèrement différente les uns des autres.

Types d’occlusion ambiante

Les différents types d’occlusion ambiante ont des résultats similaires mais légèrement différents selon la façon dont un développeur de jeux les a utilisés. Voici quelques-uns des plus courants, avec leurs avantages et leurs inconvénients.

SSAO ou Screen-Space Ambient Occlusion – le grand-père de la technologie d’occlusion ambiante pour les jeux vidéo. Développée par Crytek en 2007, la SSAO a établi la norme en matière d’occlusion ambiante et constitue à ce jour l’option par défaut pour la plupart des jeux vidéo commercialisés.

Principales caractéristiques :


  • Peu ou pas de ressources CPU – en raison de l’algorithme utilisé, il n’est pratiquement pas nécessaire d’utiliser le CPU. La SSAO peut être réalisée par l’unité de traitement graphique ou le GPU.
    Rapide et respectueux des ressources – parce qu’il n’y a pas besoin de prétraitement, SSAO a un temps de chargement et des allocations de mémoire pratiquement nuls. SSAO peut être réalisé spécifiquement dans le GPU
    Cohérent et fiable – l’algorithme est appliqué de la même manière à chaque fois.
    Adaptable – peut être appliqué de diverses manières par les développeurs de jeux vidéo et les fabricants de GPU.



    SSDO ou Screen Space Directional Occlusion – peut être considérée comme une avancée par rapport à la SSAO en termes de progrès technologique. La SSDO n’utilise pas seulement les pixels d’une scène ou d’un objet. Elle utilise également la direction de la lumière qui frappe l’objet, et toutes les lumières qui rebondissent sur les objets situés derrière lui. Cela permet au joueur de distinguer les objets en voyant la différence de quantité d’ombre et de lumière entre eux.

    Cela donne plus de profondeur et de réalisme que ce que la SSAO apporte déjà et rapproche de plus en plus les jeux vidéo du cadre toujours insaisissable du photoréalisme.

    Principales caractéristiques :


  • Un éclairage plus réaliste – en tenant compte de la direction de la lumière provenant des sources lumineuses, la profondeur de l’éclairage devient beaucoup plus importante.
    Pas si loin des besoins en ressources de la SSAO – même si la SSDO est le successeur de la SSAO et possède plus de fonctionnalités, les besoins en ressources restent très similaires à celle-ci et ce n’est pas un si gros fardeau pour les GPU modernes.



    HBAO/HDAO ou Horizon-Based Ambient Occlusion et High-Definition Ambient Occlusion – ce sont des variantes de SSAO qui appartiennent à deux développeurs de GPU. Nvidia possède HBAO, et AMD possède HDAO. Elles ne sont pas très différentes de la SSAO, mais produisent une meilleure occlusion ambiante, surtout si elles sont utilisées avec leurs cartes vidéo respectives. Mais cela se fait au prix d’un besoin en ressources plus important et d’une baisse de performance, à moins que le GPU utilisé ne soit très récent.

    VXAO ou Voxel Ambient Occlusion – c’est la prochaine étape pour HBAO et a également été développé par Nvidia. Il offre une meilleure qualité d’occlusion ambiante que l’HBAO, mais au prix d’une utilisation plus importante des ressources, même en tenant compte des GPU moyens actuels. Pour utiliser pleinement ce type d’occlusion ambiante, vous avez besoin des GPU les plus performants disponibles. Cependant, lorsqu’ils seront activés, vous verrez certainement la différence.

    GI ou Global Illumination – ce type d’AO n’a pas encore été utilisé dans les jeux vidéo. Mais sachant comment la technologie progresse, nous verrons certainement cela de notre vivant. C’est ainsi que l’on obtient un éclairage photoréaliste. L’IG prend en compte toutes les sources de lumière présentes dans la scène, et la façon dont chacune affecte les nombreux objets qui s’y trouvent. De ce fait, l’illumination est presque, si ce n’est déjà fait, exactement la même que dans le monde réel. Des lumières et des ombres réalistes qui font que tout ce qui se trouve dans la scène ressemble exactement à ses homologues du monde réel. À moins, bien sûr, qu’ils ne soient modélisés ou réalisés d’une manière manifestement irréaliste.

    L’occlusion d’ambiance fait-elle vraiment une différence dans les jeux vidéo ?

    Avec la façon dont l’occlusion ambiante est décrite, il semble que l’OA soit l’ingrédient clé pour rendre les jeux vidéo très réalistes. Et dans de nombreux cas, c’est le cas. Cependant, si vous avez joué à beaucoup de jeux vidéo ces dernières années, vous remarquerez que peu de jeux, à l’exception des titres triple A, incluent AO ou ses variantes. Pourquoi cette question ?

    Le fait est que, même si AO ne nécessite pas de puissance de traitement CPU et est respectueux des ressources, l’occlusion ambiante est très éprouvante pour le GPU. Vous vous dites peut-être : “Mon PC peut tout gérer, mais les autres PC le peuvent aussi”. Mais tout le monde n’aura pas les mêmes GPU, ne disposera pas de la technologie la plus avancée et des logiciels les plus récents. Et les sociétés de jeux vidéo vont penser à leur rentabilité, c’est-à-dire à la vente de leurs jeux au plus grand nombre possible de personnes.

    Si un jeu est trop lourd pour le matériel, il risque de ne pas se vendre aussi bien. Et c’est en fait l’une des principales plaintes que les critiques et les joueurs ont formulées à propos de Crysis. Au moment de sa sortie, le joueur moyen sur PC ne pouvait même pas le faire tourner sans perte de framerate ou sans baisse de qualité ou quelque chose de ce genre.

    Maintenant, supposons que vous puissiez activer l’occlusion ambiante sans aucun effet secondaire négatif. L’impact est-il vraiment perceptible ? Eh bien, en bref, cela dépend.

    En effet, cela dépend également de la façon dont le développeur du jeu a implémenté l’occlusion ambiante dans son jeu. Si c’est fait correctement, l’effet est presque immédiat dès que vous activez les paramètres. Vous le remarquerez surtout lorsque les objets sont placés à proximité les uns des autres, comme des éléments d’herbe et de végétation, ou lorsque les objets sont proches des murs, des plafonds ou des sols. Si vous êtes un joueur très visuel, c’est quelque chose que vous apprécierez beaucoup.

    Mais si vous faites une erreur, vous ne remarquerez pas la différence visuelle. Mais vous sentirez certainement la baisse de performance sous la forme d’un nombre de fps plus faible ou d’un décalage. Et si c’est le cas, quel est l’intérêt de le laisser allumé, n’est-ce pas ?

    Dans certains cas, il s’agit d’un juste milieu entre les deux. Vous pouvez certes constater une certaine différence, mais elle n’est peut-être pas assez importante à long terme pour justifier une éventuelle baisse de performance. Dans ce cas, il s’agit simplement de choisir entre la qualité visuelle et la performance. Et si vous êtes un joueur sérieux, il y a de fortes chances que vous optiez pour la performance.

    Mais il y a une autre raison pour laquelle l’occlusion ambiante n’est pas aussi largement utilisée ou incluse dans de nombreux jeux. En effet, il existe des alternatives qui donnent des résultats très similaires sans les effets secondaires sur les performances.

    Alternative à l’occlusion ambiante

    L’une des alternatives les plus populaires à l’occlusion ambiante est l’éclairage des fleurs, utilisé par des jeux populaires comme Skyrim. Pour faire simple, l’éclairage des fleurs est une reproduction artificielle d’un artefact visuel que les caméras du monde réel produisent lorsqu’elles reçoivent de la lumière. C’est comme une douce lueur (d’où le terme “bloom”) que produisent les zones lumineuses d’une scène. Cette lumière prend le dessus sur la caméra et est évidente dans les films, les émissions de télévision et même les vidéos enregistrées à la maison à l’aide de caméras vidéo ou de caméras de téléphone portable. Elle a fait son apparition dans les jeux vidéo en 2004 et est présente dans de nombreux jeux vidéo depuis lors.

    L’effet d’éclairage de la floraison fait que la lumière d’une partie brillante d’une scène “se fond” dans les autres éléments visibles de la scène du point de vue de la caméra. L’œil humain reconnaît cet effet comme un effet réaliste que nous avons déjà vu et vécu, et le traite comme un éclairage réaliste dans notre cerveau. Ainsi, même si l’ombrage produit par l’occlusion ambiante n’existe pas dans une scène, l’effet de floraison compense pour donner l’effet réaliste “immersif”.

    La meilleure partie ? L’éclairage Bloom consomme très peu de puissance de traitement GPU, ou tout au plus, il n’est pas proche de ce que l’occlusion ambiante exigera d’une carte graphique. C’est pourquoi il est devenu un effet visuel populaire pour de nombreux jeux depuis 2004, notamment les titres triple A comme Elder Scrolls IV : Oblivion et Elder Scrolls V : Skyrim, ainsi que la série des Fallout, et bien d’autres encore.

    Si l’occlusion ambiante ne vaut pas la peine ou fait très peu, devriez-vous même envisager de l’activer lorsque vous jouez ?

    Devriez-vous activer l’occlusion ambiante dans mon jeu ?

    Après en avoir parlé plus longuement, il semble qu’il y ait plus de contre que de pour en matière d’occlusion ambiante dans les jeux vidéo, n’est-ce pas ? Alors si c’est le cas, devriez-vous même activer l’occlusion ambiante ? Si tout ce que vous obtenez est une amélioration visuelle minimale pour beaucoup de ressources, alors ça n’en vaut pas la peine, n’est-ce pas ?

    La réponse courte est, encore une fois, cela dépend. Si votre GPU peut le gérer avec une baisse de performance minimale ou nulle, alors l’activation de l’occlusion ambiante est certainement une option, en particulier si vous voulez améliorer votre qualité visuelle. Cela dépend aussi de la qualité du jeu. Si c’est le cas, il vaut la peine de perdre un peu de performance pour la qualité visuelle. Et s’il ne le fait pas bien, il vaut mieux le laisser éteint. La seule façon de le savoir est d’activer la fonction et de vérifier par vous-même.

    On s’accorde généralement à dire que l’occlusion ambiante n’est qu’un gadget spécial qui ajoute peu à l’expérience de jeu vidéo que les autres effets ne peuvent pas donner sans les effets secondaires. Cependant, certains jeux le font très bien, donc si vous jouez à des jeux qui le font efficacement, il vaut la peine de garder la fonction activée.

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