Die Technik hinter Wolcen – Teil I SVOTI | The tech behind Wolcen – Part1: SVOTI

Bereits in der Nacht von Freitag auf Samstag hat das Wolcen Studio einen Blick hinter die Technik von Wolcen: Lords of Mayhem veröffentlicht. Da dies ein rein technischer Artikel ist, war die Übersetzung hierfür ein wenig Anspruchsvoller. Nun für euch aber endlich die übersetzte Version, viel Spaß!

DE:

Hallo miteinander,

heute möchten wir euch den ersten Teil von "Die Technik hinter Wolcen" präsentieren. Diese neue Serie soll euch die technische Seite des Spiels näher bringen.
Das heutige Thema lautet: Sparse Voxel Octree Total Illumination (SVOTI). Dies ist ein von Crytek geschaffenes System welches nur für die globale Beleuchtung zuständig ist. Doch was macht dieses System genau?

Als erste müssen wir erklären, was denn eine Globale Beleuchtung (GB) überhaupt bedeutet. In der Regel bedeutet GB im Spielbereich, das dieses System das auftreffen des Lichtes auf oder zwischen Oberflächen simuliert.
In der Wirklichkeit prallt das Licht auf jede Oberfläche auf, bis das Licht seine Energie verloren hat. Licht wird von einer Spiegeloberfläche perfekt reflektiert, verteilt sich auf Matten Oberflächen und nimmt deren Farbe an, als auch das es durch transparente Objekte durchgeht.

Um spezielle Effekte in Filmen zu erreichen, wird die GB durch das senden von Millionen oder Billionen von Strahlen auf die Szene berechnet. Diese Technik ist sehr realistisch, benötigt aber viel Berechnungszeit am Computer (mehrere Stunden für eine Frame, EU Standard: 25 Frames pro Sekunde). In einem Videospiel benötigen wir jedoch ein maximun an Frames pro Sekunde sodass wir die Berechnung und Kalkulationen mit verschiedenen Methoden angehen.

Sparse Voxel Octree

Ein SVO ist im Grunde eine vereinfachte Szene, dagestellt als Würfel (Voxel), die jedoch in einer sehr effizienten Art und Weise angeordnet sind. Jedes Voxel speichert Farbe und Opazität (lat. opacitas „Trübung“, „Beschattung“ bezeichnet allgemein das Gegenteil von Transparenz, also mangelnde Durchsichtigkeit bzw. mangelnde Durchlässigkeit. Das zugehörige Adjektiv lautet opak lat. opacus „trüb, dunkel, verschwommen“) Informationen.

Unser System welches das indirekte Licht in einer vereinfachten Szene berechnet, nutzt die Möglichkeit der Strahlenverfolgung und Bewegung und fügt diese dann in die finale Szene ein.

Viele Techniken bieten die Möglichkeit der Globalen Beleuchtung und der normale Weg dies zu realisieren ist das anlegen einer Karte mit Beleuchtungstexturen. Dies ermöglicht eine präzise und hochauflösende Beleuchtung, doch diese ist statisch. Da wir in Wolcen einen Tag/Nacht Zyklus haben als auch eine offene Welt, fiel diese Möglichkeit vom Tisch. Glücklicherweiße haben die Jungs von Crytek an diesem tollen System gearbeitet, welche eine voll dynamische und Effiziente Beleuchtung ermöglicht.

In dieser Animation (on/off) könnt ihr das Auftreffen der Sonnenstrahlen sehen. Vom Flur, bis zu den Wänden und Fässen, bishin zur Vegetation. Das Licht färbt die Szene entsprechend.

In diesem Beispiel nutzen wir nur das Umgebungslicht. Die Bäume verursachen einen eigenen Schatten auf dem Laub. Die bringt mehr tiefe in die Szene als auch mehr Realismus.

Hier seht Ihr nun den Tempel in Schatten gehüllt. Die Sonne scheint von der rechten Seite. Ausserdem können wir das Licht sehen, wie es durch das Laub bricht.

Ein weiteres Beispiel dafür, wie das Licht durch das Laub scheint. Dies gibt euch einen besseren Einblick in die Umgebung.

Bei diesem Tempel könnt Ihr sehr gut sehen wie der Schatten in den Fenstern generiert wird und das ganze in einen leicht Orangen Farbton wechselt.

Als Lightning Artist denke ich, das SVOTI absolut unglaublich ist. Es funktioniert einfach in jeder Situation und bringt einiges an Realismus mitsich und ist dabei auch noch einfach einzurichten und sehr Effizient.
In der aktuellen Version ist das Feature jedoch deaktiviert, Ihr könnt es jedoch bei Bedarf selbst aktivieren unter folgenden Einstellungen:
Grafikeinstellungen -> Globale Beleuchtung. "Medium" aktiviert die einfache Version während "Hoch" und "Sehr Hoch" das auftreffen der Sonnenstrahlen aktiviert.
Leider leidetet aktuell noch die Perfomance darunter, sodass ihr auf der Einstellung "Medium" um die 3-5% Performance verliert und über 6-8% auf den hohen Einstellungen.

Dies war ein Überblick über dieses Feature und welche Möglichkeiten das System mitsich bringt. Falls Ihr Fragen haben solltet, scheut euch nicht diese zu stellen.
Bitte lasst uns ebenfalls wissen, ob euch diese Art von Artikel interessiert, falls Ja, werden weitere folgen :)

Simon


EN:

Hello everyone, today we present you the first part of "the tech behind Wolcen". A series of articles presenting the technical syde of the game. Today’s subject is Sparse Voxel Octree Total Illumination. It is the name of Crytek’s system to simulate global illumination.So what’s that, and what does it do? 

First we need to explain what Global Illumination (GI) is. Gi is also known as Indirect illumination. Basically, in computer graphics, GI simulates the bounces of the light on or through surfaces. In real life, light bounces around any surface an infinite number of time until it lost its energy. Light will be (almost) perfectly reflected on a mirror, it will disperse on a matte surface and takes its color, or pass through transparent surfaces. 

 

 

On raytraced renderers, used to create special effects in movies by example, the GI is calculated by sending millions or billions of rays around the scene. This technique is very realistic but also very expensive in computer time (could be several hours for one frame). In video games, we need a maximum of frames per second, so we need to approximate all those calculations, using different methods. 

Sparse Voxel Octree 

An SVO is basically a simplication of the scene using cubes (voxels), arranged in a very efficient way. Every voxel stores color and opacity information. 

 

Our indirect lighting process will operates in this simplificated scene, using raymarching and raytracing, and then be applied in the final rendered scene. 

In real time, different techniques are possible to do Global Illumination. The most common is to bake it into a lightmap texture. This will allow a precise and high quality GI, but static. In Wolcen, who feature a time of day cycle and an open world, this was not possible. Luckily, the guys at Crytek worked on this amazing feature, that is fully dynamic, and extremely efficient. 

In this screenshot comparison (on/off), we can clearly see the bounce of the sun light. From the floor to the walls and barrels, through the vegetation etc. The light is subtly coloring the scene. 

In this example, we use only ambient light. The trees are nicely creating shadows, on their own foliage, and under them. This soft occlusion brings more depth to the scene, and more realism. 

Here the temple is in the shadows, but the sun bounce is softly lighting it from the right. We can also see the light scattering through the foliage. 

Another example of the light scattering through foliage. This give a better understanding of the environment, as the image looks less "flat". 

In this temple, we can observe the shadows created in the windows, and the colored orange light bouncing around, creating a better directionnal lighting. 

 

As a lighting artist, I think SVOTI is absolutely awesome. It works in every situation, brings subtleties and realism, is easy to setup and is very efficient. For the moment, the feature is disabled by default, but you can activate it in the Advanced Graphics settings > Global Illumination quality.Medium will activate the occlusion only, while high and very high will bring the sun bounce. 
The performance depends on the hardware, but we observed a 3-5% impact on medium settings, and about 6-8% in high settings.  

This was an overview of the feature and its possibilities. If you have questions, don’t hesitate. 
Let us know if this kind of article interests you, if yes, we will do more ;) 

Simon

 

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