画面空間アンビエントオクルージョン

ひとことで

物の隅、隙間、物が床に接する部分は、周囲からの光（環境光）が届きにくいので、ほんのり暗くなります。これをアンビエントオクルージョン（環境光の遮蔽）と呼びます。SSAO（Screen-Space Ambient Occlusion）は、描き終えた画面の深度と法線だけを使って、各画素の周りがどれだけ物に囲まれているかを近似し、この暗さを加える手法です。物の接地感と立体感が大きく増します。

ゲームでの使いどころ

接地感：キャラクターや家具が床から浮いて見えるのを防ぐ。足元や物の下に柔らかい影ができる。
細部の立体感：壁と床の隅、階段の段差、岩の割れ目、布のしわ。
動的な物：事前に焼き込んだ AO（ライトマップ）が使えない、動く物や壊れる物にも AO を付けられる。

SSAO は Crytek の『Crysis』（2007 年）で初めて実用化され、その後、HBAO、GTAO（Ground Truth AO）などの改良版が広く使われています。

しくみ

各画素について：

深度から、その画素の 3D 位置 $\mathbf{p}$ を復元し、法線 $\mathbf{n}$ を読む。
$\mathbf{p}$ の周りの、法線側の半球の中に標本点をばらまく（中心に近いほど多く）。
各標本点を画面に投影し、その位置の深度と比べる。標本点より手前に物があるなら、その点は物の中に埋まっている（遮られている）とみなす。
遮られた点の割合を「遮蔽の量」とし、環境光をその分だけ弱める。

AO = 1 - \frac{1}{N}\sum_{i=1}^{N} \big[\, z_{\text{scene}}(\mathbf{s}_i) \text{ が } \mathbf{s}_i \text{ より手前} \,\big] \cdot \text{range}_i

$\text{range}_i$ は、標本点とかけ離れた距離にある物（遠くの壁が手前に見えているだけ）を数えないための重みです。

ノイズとぼかし：標本点の数を少なくするため、画素ごとに標本の向きをランダムに回し、偏りを細かいノイズに変えます。最後に、ぼかして（または TAA で時間方向に平均して）ノイズを消します。

実装のポイント

環境光だけに掛ける：本来、AO は環境光（IBL など）を弱めるもので、直接光（太陽）には掛けません。簡易的に画面全体へ掛けると、明るい場所まで不自然に暗くなります。
低解像度で計算：画面の半分の解像度で計算し、深度を考慮したぼかし（バイラテラルフィルタ）で拡大します。
半径の調整：半径が小さいと細かい隙間だけ、大きいと物の周りに広い暗がりができます。シーンの大きさに合わせます。

つまずきやすい点

輪郭の暗いにじみ（ハロー）：物の輪郭の外側の背景が、手前の物に遮られていると判定されて暗くなることがあります。範囲の重みで抑えます。
画面外の物は見えない：画面の端や、手前の物に隠れた場所の遮蔽は正しく計算できません。カメラが動くと AO が変化して見えることがあります。
かけすぎ：強すぎる AO は、画面全体を汚れたように見せます。

デモで試すこと

「遮蔽の量だけ」にすると、球が床に接する部分、台座の根元、柱の足元が暗くなっているのが分かります。
「SSAO なし」と「SSAO あり」を切り替えると、物の接地感の違いがよく分かります。
「標本点の数」を減らし、「ざらつきをぼかす」をオフにすると、ノイズが目立ちます。
「調べる半径」を大きくすると、暗がりが物の周りに広く広がります。

インタラクティブデモ