I sistemi di Level of Detail (LOD) rappresentano un enorme contributo alla performance e funzionalità dei videogiochi.
I Sistemi LOD vengono utilizzati per ridurre drasticamente il numero di poligoni nei videogiochi, così come per gestire le risorse del sistema e le funzionalità di buffering e/o streaming delle texture. I LOD funzionano sostituendo gli asset ad alta risoluzione e con un alto numero di poligoni con versioni ridotte di loro stessi a certe distanze. Spesso si vede questo nei videogiochi che hanno grandi mondi aperti. I LOD esistono da molto tempo e tuttavia continuano ad evolversi in qualcosa di sempre migliore ad ogni iterazione. Discutiamone in dettaglio!
Introduzione
I sistemi di Level of Detail (LOD) sono essenziali nei videogiochi moderni per ottimizzare le prestazioni e gestire efficacemente le risorse. Questi sistemi regolano dinamicamente il livello di dettaglio visualizzato in una scena in base a fattori come la distanza, la dimensione dello schermo e la potenza di elaborazione. Riducendo selettivamente la complessità degli oggetti o degli ambienti, i sistemi LOD garantiscono esperienze visive accattivanti riducendo al minimo i requisiti computazionali.
Cosa sono i LOD?
I computer moderni sono potenti, ma hanno comunque dei limiti. I sistemi LOD sono creati per “nascondere” certi oggetti a certe distanze in modo da farli vedere ancora al giocatore, ma a un diverso livello geometrico. Di conseguenza, più un LOD è basso, minore è il numero di poligoni di un asset. I computer hanno una memoria limitata e una larghezza di banda limitata per visualizzare gli asset sullo schermo. Queste visualizzazioni degli asset sono chiamate draw-calls. Ogni asset che si vede contemporaneamente, conta come una draw-call. L’obiettivo dei LOD è quello di ridurre queste metriche, al fine di aumentare le prestazioni.Il principio fondamentale di un sistema LOD è di bilanciare la fedeltà visiva e le prestazioni adattando la complessità degli oggetti e degli ambienti al punto di vista del giocatore. Gli oggetti lontani che sono meno evidenti possono essere rappresentati con meno dettagli o modelli di qualità inferiore, assegnando in modo più efficiente le risorse di calcolo e ottenendo esperienze di gameplay più fluide.
Uso nel gioco
Ad esempio, supponiamo che stiate giocando a un gioco open world come Skyrim. Ora, quando sei vicino a un edificio dovrebbe essere dettagliato e avere molte piccole sfumature. Quando sei appena fuori dalla città ma riesci ancora a vedere l’edificio, non vedrai quei piccoli dettagli ma dovresti comunque vedere un certo livello di dettaglio. Ora, supponiamo che tu sia lontano dalla città, guardandola dall’alto di una montagna distante. Hai bisogno di vedere l’edificio, ma da questa distanza, nessun dettaglio. Questo è ciò con cui i LOD sono progettati per aiutare, e facendolo; aumentano le prestazioni.
Per implementare un sistema LOD, gli sviluppatori di giochi creano modelli con vari livelli di dettaglio per ogni asset di oggetto o ambiente. Questi modelli vanno da versioni altamente dettagliate per visualizzazioni ravvicinate a versioni semplificate per oggetti distanti. La scelta del modello appropriato dipende da fattori come la distanza dello spettatore, la dimensione dell’oggetto e la potenza di elaborazione disponibile.Il LOD geometrico è una tecnica comunemente utilizzata nei sistemi LOD, che prevede la creazione di una gerarchia di modelli che rappresentano lo stesso oggetto ma con diversi livelli di dettaglio. Durante l’esecuzione, il sistema LOD valuta continuamente la distanza tra lo spettatore e ogni oggetto e passa tra i livelli di dettaglio appropriati in base a soglie predefinite. Ad esempio, un modello a basso numero di poligoni o una texture precalcolata potrebbe essere utilizzata per un oggetto lontano, mentre modelli più dettagliati vengono sostituiti man mano che l’oggetto si avvicina, creando una transizione fluida. Questo è di solito evidente con gli alberi. Da vicino un albero avrà migliaia di poligoni e avrà un aspetto molto buono e realistico, ma a distanza, a volte sono billboards. I billboards sono rappresentazioni bidimensionali di un asset 3D e sono la cosa più semplice da renderizzare in un gioco tridimensionale. Pensate indietro ai giochi di corse su PlayStation One, quelli erano billboards!
Altri usi e funzionalità
Il LOD delle texture si concentra sul livello di dettaglio delle texture applicate agli oggetti. Vengono create più versioni di una texture con diverse risoluzioni. Man mano che un oggetto si allontana dallo spettatore, vengono sostituite texture a risoluzione inferiore, riducendo il consumo di memoria e migliorando le prestazioni. Questa tecnica è particolarmente efficace per ambienti di grandi dimensioni come il terreno, dove la differenza visiva tra texture ad alta e bassa risoluzione è meno evidente.L’occlusion culling è un’altra tecnica di ottimizzazione utilizzata nei sistemi LOD. Determina quali oggetti o parti dell’ambiente non sono visibili all’osservatore a causa di ostruzioni e li esclude dalla renderizzazione. Saltando la renderizzazione degli oggetti oscurati, il sistema LOD riduce il carico computazionale totale. Tecniche come le gerarchie di volumi di delimitazione e le query di occlusione identificano in modo efficiente gli oggetti oscurati e minimizzano le operazioni di rendering non necessarie. A volte questi sistemi non funzionano come previsto e creano effetti di pop-in quando si gira la telecamera molto velocemente. Questo è un modo per riconoscere che un sistema di occlusion culling è attivo.
Perché sono utilizzati?
I sistemi LOD offrono numerosi vantaggi allo sviluppo dei videogiochi. Permettono ai giochi di scalare su un’ampia gamma di configurazioni hardware regolando dinamicamente il livello di dettaglio. I sistemi LOD sono particolarmente preziosi nei giochi open-world, dove gli ambienti vasti possono mettere sotto stress le risorse hardware. Gestendo in modo intelligente il livello di dettaglio, questi giochi possono mantenere un frame rate costante e offrire esperienze immersive. Abbiamo visto questo in migliaia di giochi, e continueremo a vederlo.
Contribuiscono inoltre a ridurre i costi di sviluppo e ad ottimizzare la creazione di asset. Creare modelli ad alta definizione per ogni oggetto in un gioco è un processo che richiede tempo e risorse. Utilizzando i sistemi LOD, gli sviluppatori possono concentrare i loro sforzi sulla creazione di asset di alta qualità per le visualizzazioni ravvicinate, affidandosi a versioni semplificate per gli oggetti distanti. Questo approccio snellisce i processi di produzione degli asset e riduce i costi.I sistemi LOD facilitano l’integrazione senza soluzione di continuità di nuovi contenuti e aggiornamenti nei giochi esistenti. Gli asset possono essere progettati con vari livelli di dettaglio, per adattarsi a diverse configurazioni hardware e garantire la scalabilità per i futuri progressi della tecnologia. Questo si estende talvolta fino al gaming su mobile.
Implementazione
L’implementazione di un efficace sistema LOD comporta delle sfide. Bilanciare la qualità visiva e le prestazioni richiede un’attenta ottimizzazione e test. Determinare le soglie appropriate per passare da un livello di dettaglio all’altro è fondamentale per evitare evidenti artefatti visivi o cambiamenti improvvisi di qualità. Gli utenti sono in grado di notare facilmente questi piccoli artefatti e problemi visivi, quindi raggiungere la perfezione è di vitale importanza! Gestire rapidi cambiamenti durante il gameplay dinamico e oggetti complessi con dettagli intricati o superfici deformabili richiede anche tecniche specializzate.
Conclusione
In conclusione, i sistemi LOD sono integrati nei videogiochi moderni per ottimizzare le prestazioni e gestire efficacemente le risorse. Regolando dinamicamente il livello di dettaglio, questi sistemi raggiungono un equilibrio tra fedeltà visiva e prestazioni. Tecniche come LOD geometrico, LOD di texture e occlusion culling vengono utilizzate per gestire in modo efficiente gli asset e ridurre i costi di sviluppo. I sistemi LOD trovano applicazione in vari generi di videogiochi, dai giochi open-world e sparatutto in prima persona, alle corse, RPG e giochi di strategia. Migliorano l’esperienza del giocatore offrendo ambienti visivamente stupendi mantenendo prestazioni ottimali.
Ora, qual è il futuro dei sistemi LOD? Beh, basta guardare a Unreal Engine per ottenere una risposta. In un articolo di seguito, parlerò di come queste tecnologie siano avanzate negli ultimi decenni e di come stanno avanzando ora nel futuro.
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