Aberracja chromatyczna w grach – co to jest i jak działa?

Jeśli zaczniemy przyglądać się różnym efektom wizualnym stosowanym w grafice 3D, zauważymy, jak wiele z nich swoje korzenie ma w niepożądanych zjawiskach zachodzących w soczewkach kamer, aparatów czy nawet ludzkiego oka. Dzisiaj porozmawiamy o aberracji chromatycznej w grach – jedni ją kochają, inni nienawidzą, ale jaka jest w gruncie rzeczy jej rola?

15 maja 2021

Ile razy słyszeliście o tym, że „gra jest bardzo filmowa” albo że ma „kinowy feeling”? Czasem jest to traktowane jako zaleta, czasem jako żartobliwe usprawiedliwienie klatkażu oscylującego w granicach 25/30 FPS-ów. Za uzyskanie tego filmowego efektu w dużej mierze odpowiadają jednak przede wszystkim odpowiednio wykorzystane efekty postprocesowe. Aberracja chromatyczna w grach nie jest może czymś, co można łatwo wyłapać, ale mimo swojego niewyróżniającego się charakteru „robi robotę”. Z czym tak naprawdę mamy do czynienia, mówiąc o chromatyzmie soczewki?

Aberracja chromatyczna w grze Alien: Isolation.

Aberracja chromatyczna w grach – po co?

Kiedy mowa jest o filmowości, trudno mi przypomnieć sobie grę, która odwzorowała film lepiej, niż zrobił to Alien: Isolation. Gra wygląda jak żywcem wyciągnięta z VHS-a z nałożonymi drobnymi poprawkami. Na screenshocie powyżej możecie zauważyć, że dzieje się mnóstwo rzeczy dotyczących głównie światła. Mamy specyficzną dla Aliena poziomą flarę, mamy trochę bloomu czy kilka odbić. Mamy również aberrację chromatyczną. Weźmy do ręki lupę i przyjrzyjmy się nieco bliżej innej scenie.

Aberracja chromatyczna w Alien: Isolation - wyłączona.Aberracja chromatyczna w Alien: Isolation - włączona.


A teraz w przybliżeniu:

Aberracja chromatyczna w Alien: Isolation - wyłączona, zbliżenie.Aberracja chromatyczna w Alien: Isolation - włączona, zbliżenie.


Widzicie różnicę? Być może nie, przynajmniej jeśli jej dokładniej nie poszukacie. Podpowiem: popatrzcie na krawędzie żółtych skafandrów i wyłamujące się zielone oraz czerwone poświaty, a także nieco dodatkowego rozmycia. Jak wspomniałem wcześniej, aberracja chromatyczna w grach jest zjawiskiem bardzo kosmetycznym, zaledwie jedną ze składowych, która funkcjonuje gdzieś na granicy percepcji gracza, jednak stanowi wobec całokształtu dodatkowy szlif i dodaje oprawie nieco głębi. Stosowanie tego efektu w grafice 3D jest próbą naśladowania zachowania światła przechodzącego przez soczewki w realnym świecie.

Jak światło wędruje przez soczewki – aberracja chromatyczna w optyce

Nie jestem niestety optykiem, jednak sam mechanizm załamywania się światła jest dosyć prosty. Najłatwiej wytłumaczyć, czym jest aberracja chromatyczna, na przykładzie działania optyki aparatu fotograficznego. W dużym uproszczeniu: przy robieniu zdjęcia światło przechodzi przez obiektyw aparatu i pada na jego matrycę, „rysując” na niej obraz możliwy do zinterpretowania przez sprzęt. W wypadku aberracji chromatycznej w grach proces wygląda praktycznie tak samo z tą różnicą, że kamera jest naszymi wirtualnymi oczami. Wiem, wiem, fotograf albo jakakolwiek osoba mająca szersze pojęcie w temacie prawdopodobnie złapałaby się teraz za głowę. Myślę jednak, że te trzy kroki pozwalają dość trafnie i bez pisania elaboratów przedstawić istotę zagadnienia.

Schemat rozszczepienia światła w soczewce
Aberracja chromatyczna soczewki.

Warto zaznaczyć, że aberracja chromatyczna nie jest zjawiskiem samym w sobie, a raczej cechą praktycznie każdej soczewki czy układu optycznego. Przejawia się ona w rozszczepieniu wiązki światła białego na jego składowe kolory, z których wszystkie różnią się między sobą wartością współczynnika załamania. Ten z kolei jest tym większy, im mniejsza jest długość fali świetlnej, z czego najmniejszą długość fali ma światło czerwone a największą – światło niebieskie. Schemat na zdjęciu powyżej przedstawia drogę światła przez soczewkę do matrycy aparatu. Jeśli wszystkie kolory światła miałyby ten sam współczynnik załamania, aberracja chromatyczna nie byłaby problemem.

W powyższym przykładzie jedyna sytuacja, w której nie występuje załamanie światła, to ta, kiedy promień przechodzi przez soczewkę dokładnie w jej centrum (wzdłuż linii przerywanej), a im bardziej od tego centrum oddala się punkt wejścia, tym bardziej zniekształcony staje się obraz. Aberracja chromatyczna w grach działa bardzo podobnie. Warto teraz cofnąć się do wcześniejszych screenshotów z Alien: Isolation i przyjrzeć się im dokładniej – można zaobserwować, że zniekształcenie w postaci kolorowego widma i lekkiego „rozwarstwienia” obiektów jest tym bardziej widoczne, im bardziej zbliżamy się do krawędzi ekranu, podczas gdy w jego centrum jest praktycznie niemożliwe do zaobserwowania. Taki efekt wynika właśnie z tego, że różne kolory światła mają różne ścieżki prowadzące do matrycy – w tym wypadku wirtualnej – kamery. Przez to skrajne składowe – czerwona oraz niebieska – odbitej od obiektu wiązki lądują na niej w różnych miejscach, powodując rozmycie i charakterystyczną poświatę.

Aberracja chromatyczna w grach – czy warto?

Jak wielu ludzi, tak wiele opinii. Aberracja chromatyczna w grach ma swoich zwolenników oraz przeciwników. Jest bardzo charakterystyczna i nie każdemu przypadnie do gustu, jednak im bardziej świadome jest jej wykorzystanie (ponownie, Alien, no nic nie poradzę), tym lepsze wrażenie robi całokształt oprawy. Oczywiście czynników jest wiele – nie chcemy dodatkowego zaśmiecania pola widzenia w kompetytywnym Counter-Strike’u, ale w wolniejszych grach singlowych… Czemu nie? Lubię czasy VHS-ów. Dodatkowo biorąc pod uwagę praktycznie zerowy wpływ na wydajność, warto po prostu spróbować i przekonać się, czy przypadnie nam ona do gustu, czy też wyłączymy ją na wieki wieków.

UWaga! Gorące informacje!