スクリーンスペース・アンビエント・オクルージョン（SSAO）は、リアルタイムでアンビエントオクルージョンを再現することで、光の挙動をリアルにシミュレーションする、 レンダリングにおける革新的な技術です。ビデオゲームやコンピュータグラフィックスで広く使用されているSSAOは、3Dシーンに控えめながらも奥行きのある変化をもたらします。SSAOは、視界空間内で近接するサーフェスを分析し、周囲の光がどの程度遮断されているかを判断することで、しわ、角度、接触部分を暗くし、リアルなビジュアルを実現します。
アンビエントオクルージョン（AO）は、光が近くの物体によって部分的に遮られた領域で、光がどのように振る舞うかをシミュレートするために使用される技術です。SSAOは、画面上に見えるピクセルに対してのみ、アンビエントオクルージョンを計算することで、この技術を向上させています。この方法により、リアルタイムでより高速なレンダリングが可能になり、スピードとクオリティの両方が重要な現代のグラフィックスにおいて、SSAOは重要なツールとなっています。
SSAOエフェクトは、レンダリングで使用されるテクニックで、各ピクセルでどの程度光が遮られているかを予測し、画面に表示されているものだけに焦点を当てます。これは、各ピクセルの奥行きデータと法線データを見ることで機能します。奥行きデータは、サーフェスがカメラからどのくらい離れているかを示し、法線データは、それらのサーフェスが向いている方向を示します。
SSAOシェーダは、各ピクセルの周りの深度値をチェックして、近くのオブジェクトによって光がどれだけ遮られているかを調べます。光が遮られた部分は暗くなり、開いている部分は変わりません。効果をより滑らかにし、ノイズを除去して品質を向上させるために、しばしばガウスぼかしが使われます。このプロセス全体は、グラフィックハードウェアとうまく連動するように設計されており、動きのあるシーンでリアルタイムにアンビエントオクルージョンを適用できます。
SSAOはCrytek社のウラジミール・カジャリンによって開発され、2007年のゲーム「Crysis」で初めて採用され、リアルタイムレンダリングの大きな前進となりました。この開発により、SSAOはビデオゲームやリアルタイム・アプリケーションで広く使用されるようになり、パフォーマンスと優れたビジュアルの素晴らしいバランスを実現したのです。それ以来、SSAOは大きく進化し、レイトレースされたアンビエントオクルージョンや高速GI近似のような高度な技術につながりました。これらの新しい手法は、SSAOの奥行きを強調する効果はそのままに、より優れたハードウェアとソフトウェアによって、リアルタイム・レンダリングにおいてより正確で効率的な結果を実現します。
SSAOは今でも一般的に使われていますが、BlenderのEEVEE-Nextのような新しいレンダリングエンジンは、代わりに高速GI近似を使うようになりました。この方法はアンビエントオクルージョンとグローバルイルミネーションを組み合わせたもので、光のシミュレーション方法を全体的に改善します。SSAOの深度を強調する効果はそのままに、パフォーマンスが向上し、他のライティングエフェクトとよりスムーズに連動します。
SSAOは、パフォーマンスとビジュアル品質のバランスが良いため、レンダリングで人気があります。SSAOを使えば、レイトレーシングや既成のAOマップのような重い処理をすることなく、リアルタイムでソフトシャドウや深みを加えることができます。また、環境光がどのように振る舞うかをシミュレートすることで、テクスチャやオブジェクトをよりリアルに見せることができます。このため、ビデオゲームやバーチャルリアリティのようなリアルタイムアプリケーションには不可欠な機能です。
また、SSAOは、グローバルイルミネーション、空間アンチエイリアシング、異方性フィルタリングといった他のテクニックとも相性が良いです。これらの効果は、ゲームをスムーズに動かしながら、シーンのビジュアルクオリティを向上させます。UnityやBlenderのようなソフトウェアでは、開発者が必要に応じてエフェクトを適用・調整できるビルトインツールが用意されており、SSAOを簡単に使用できます。
このビデオでは、グレッグ・サラザールがアンビエント・オクルージョンとスクリーン・スペース・アンビエント・オクルージョンについて、特にゲームの観点から解説しています：
ほとんどのゲームエンジンやレンダリングツールには、ライティングを改善するための後処理効果としてSSAOが備わっています。Blenderでは、SSAOはEeveeレンダーエンジンで利用可能で、レンダリングプロパティパネルでオンにすることができます。BlenderのCyclesレンダーエンジンもAOをサポートしていますが、より高度なライティングシミュレーションを使用するため、より多くの処理能力を必要とします。UnityはSSAOを後処理スタックに搭載しており、光線の数、オクルージョンの強さ、ぼかし量などの設定を調整して効果をコントロールできます。
アーティストや開発者は、SSAO設定を調整して、優れたパフォーマンスを維持しながら品質を向上させることができます。Unityでは、深度サンプルや視野を変更すると、オクルージョンの計算方法や表示方法に影響します。これらの設定を微調整することで、シーンが暗くなりすぎたりパフォーマンスが低下することなく、リアルなシェーディングを作成できます。Blenderでは、SSAOはもともとEeveeレンダーエンジンで利用できましたが、EEVEE-Nextでは高速GI近似に置き換えられました。アンビエントオクルージョンはより大きなグローバルイルミネーションシステムの一部となり、ビジュアルクオリティが向上し、セットアップが簡単になりました。これを有効にするには、レンダリングプロパティパネルで「高速GI近似」を選択します。
以下では、ノーバン・バイワークスがBlenderでのAOとSSAOの使い方を解説しています：
SSAOには、他の画像エフェクトと同様、いくつかの課題があります。特に60Hzの4Kのような高解像度では、多くの処理能力を必要とします。SSAOはピクセルシェーダーと深度バッファの計算に依存するため、低スペックのグラフィックスカードでは負荷が高くなります。しかし、これらの制限にもかかわらず、SSAOはアンビエントオクルージョンをシミュレートするための便利で効率的な方法です。レイトレーシングよりもはるかに少ない計算パワーで、良好なビジュアル結果が得られます。
より良い品質を達成するために、法線に沿って採取するサンプル数を少なくしたり、単純なぼかしを使用して視覚的な問題を滑らかにすることで、SSAOを改善することができます。リアルタイムアプリケーションでは、カメラの位置に基づいてSSAO設定を調整することも有効です。これにより、シーンが変化したり、ディテールのレベルが異なる場合でも、シェーディングが一貫して見えるようになります。
SSAOは、シーンをよりリアルに見せるだけでなく、奥行きと空間の感覚を作り出すのにも役立ちます。SSAOが追加された暗い部分は、オブジェクト、キャラクター、テクスチャを、周囲の環境に溶け込んでいるように感じさせます。例えば、布地の折り目やタイル張りの床の縁の陰影など、小さなディテールがよりリアルに見え、シーンに深みを与えます。
SSAOは、被写界深度やグローバルイルミネーションなどの他のエフェクトと組み合わせると、とても効果的です。これらのエフェクトを併用することで、統一感のあるビジュアルストーリーを作り上げることができ、光と影が全体的な雰囲気に重要な役割を果たします。シネマティックレンダリングでは、オクルージョンを計算する最終ステップによって、すべてのピクセルが奥行きと法線の詳細の点で慎重に調整され、シーンに洗練さを加えます。
SSAOには技術的な利点があるだけでなく、リアルタイムレンダリングにおける自由な創作を可能にします。大胆でスタイリッシュなビジュアルを作成するためにオクルージョン効果を高めたり、フォトリアリスティックなシーンをより説得力のあるものにするためにオクルージョン効果をさりげなく使用することができるのです。このエフェクトは、Zバッファー、Gバッファー統合、異方性フィルタリングなどの高度なテクニックとも相性がよく、あらゆる3Dアーティストにとって柔軟なツールとなります。
Unityでは、SSAOはエンジンの標準的なgバッファと深度テクスチャで動作するように設計されています。そのため、他の画像エフェクトやレンダリング処理と並行して簡単に使用できます。ビデオゲーム、シネマティックアニメーション、建築ビジュアライゼーションのいずれを制作する場合でも、SSAOはプロジェクトのビジュアルクオリティを大幅に向上させます。
グラフィックス・ハードウェアの進歩に伴い、リアルタイム・レンダリングはますます向上しています。レイトレースされたアンビエントオクルージョンやハイブリッドレンダリングパイプラインのような新しいテクニックは、可能性の限界に挑み続けています。しかし、SSAOは、パフォーマンスが重要な場合、依然として実用的で効率的な方法です。高品質な結果をリアルタイムで提供できるSSAOは、開発者や アーティストにとって長く愛され続けています。
シェーダー、Gバッファー技術、テクスチャマッピングが改善され続ければ、SSAO効果はさらに向上するでしょう。これらの進歩により、アーティストはハードウェア性能に大きな負担をかけることなく、より高いビジュアルクオリティを実現することができます。SSAOは、創造性と技術の素晴らしい組み合わせであり、リアリズムとコンピューティングパワーの効率的な使用とのバランスを保っています。
スクリーンスペースアンビエントオクルージョン（SSAO）は、単なるレンダリング技術ではなく、コンピュータグラフィックスに深み、リアリズム、創造性を加えるツールです。シワの濃さや微妙な陰影などのエフェクトを作成するのに役立ち、3D環境の見え方やインタラクションを変化させます。SSAOはパフォーマンスが重要なアプリケーションではまだ実用的な選択肢ですが、BlenderのEEVEE-Nextのような最新のエンジンは、業界がFast GI Approximationのような統合ソリューションに向かっていることを示しています。これらの新しい方法は、個別のポスト処理エフェクトの必要性を減らし、代わりにアンビエントオクルージョンをグローバルイルミネーションシステムと組み合わせることで、より優れたリアリズムと効率を実現します。
