逆水寒全局光照 游戏中的全局光照(四) Lightmap、LightProbe和Irradiance Volume

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游戏中的全局光照(四) Lightmap、LightProbe和Irradiance Volume

在游戏开发中，全局光照的漫反射部分是渲染效果的关键因素，尤其是在静态GI（Global Illumination）中，我们关注的是最终步骤为漫反射，而非具体光线传播路径的细节。漫反射GI的预计算过程涉及到环境光照的处理，其中一个重要步骤是将radiance map值预积分为irradiance map，然后使用球谐系数来保存。然而，如果仅使用一个天空光照的漫反射系数，无法准确表达环境光照的变化。在包含室内与室外的场景中，使用统一的环境光照会导致渲染结果失真。

为此，引入了Irradiance Probe，用于保存某个区域附近的irradiance信息。在游戏引擎中，烘焙器会计算某个点附近的irradiance，并以特定格式保存，类比为烘焙器在Irradiance Probe的位置，向六个方向各拍摄照片，合成环境光照图并生成irradiance信息。这一步骤通常通过烘焙器实现。

Lightmap与LightProbe是两种用于放置Irradiance Probe的常见方法。Lightmap主要应用于静态物体，通过均匀地摆放在物体表面，使用名为lightmap的贴图保存烘焙结果。Lightmap无需保存背面光照信息，从而节省存储空间，而LightProbe则适用于静态光照环境下的可移动动态物体，通过预计算漫反射烘焙光照。

Lightmap的存储与使用涉及多种方式，包括H-Basis、球形高斯、Ambient/Highlight/Direction（AHD）等。H-Basis仅考虑半球面上的光照，节省存储空间，每个通道需要6个系数，与几何体的切空间配合使用。球形高斯在教团：1886中有广泛应用。AHD使用三个值表示环境光（ambient）、高光（highlight）与高光方向（direction），每个点需要8个float值表示。RNM（Radiosity Normal Mapping）方法在切平面上指定三个正交基的方向，计算GI在三个正交基上的投影并进行重构。UE4中的Diffuse GI烘焙保存最大光照度和一个二阶球谐系数，每个点需要8个系数，正好用两张贴图保存。

Lightmap的保存与使用取决于不同GI方案，如AHD中Direction可直接存储两个方向值，取方向时做一次标准化。Ambient与Highlight颜色值通常需要非线性存储。Lightmap相对密度较低，一个texel对应20cm*20cm大小，精度已足够高。烘焙前，模型划分为多个chunk，对应UV2用于lightmap。UV2需要在0~1之间，且chunk之间保留至少两个像素间隔，以避免采样像素被其他chunk部分影响，导致漏光。对于光照变化快的地方，烘焙的Lightmap精度不足导致漏光，可通过增大物体的Lightmap精度或增加墙面厚度解决。

Lightmap的接缝问题出现在角度大，光照信息差异大的邻接面，导致烘焙光照互相影响。每个物体的烘焙贴图形成一个chart，多个场景物体的chart合并到一个或多个贴图上，形成Lightmap。对于模型顶点数据，也可选择直接保存烘焙的光照信息。

Light Probe是为动态光照设计的，适用于静态光照下动态物体的烘焙。Light Probe在场景中放置多个位置点，通过类似Lightmap的烘焙方式计算光照。由于Light Probe密度较小，通常使用完整的三阶球谐SH（27个系数）保存光照信息。Light Probe的摆放可自动或手动实现，遵循密集物体附近放置更多Light Probe的原则。每个位置点通过计算附近四个构成四面体的点的重心坐标，使用四面体顶点的球谐系数进行插值计算光照。

在CPU插值过程中，大量物体可能导致渲染错误，可通过建立Volume并使用GPU进行线性插值采样，解决额外开销问题。球谐函数的振铃效应（ring/vibrational artifacts）在接近点光源进行光照烘焙时可能发生，但已有解决方案在前文提及，不再深入讨论。

使用Light Probe时的漏光问题常见于室内外区域，可通过将室内外的Light Probe分开烘焙，使用体积标记室内区域，并在门口进行过渡处理。为每个Light Probe设置室内外标记，记录权重值，根据权重值和四面体上点的室内外权重值，重新计算重心坐标。使命召唤无尽战争中的解决方案是记录每个四面体的遮挡信息，计算时考虑遮挡情况。

Irradiance Volume是近期游戏中的主流做法，使用3D纹理保存空间中的光照属性，提供自然过渡效果。相比于Lightmap与Light Probe的组合，Irradiance Volume具有烘焙速度快、无需存储两套数据、支持静态与动态物体、适用于体积雾等优点。虽然需要逐像素额外采样，但现代机器完全能承受这一开销。Irradiance Volume的实现原理与LightProbe相近，但需要处理光照信息表示方式、空间数据结构以及解决漏光问题等挑战。

在Lightmap与Light Probe的组合中，我们面临内存与烘焙时间的权衡，而Irradiance Volume的引入提供了新的解决方案，成为当前静态光照实现的主流选择。游戏开发者在实践中可参考多种实践案例，以实现更高效、更高质量的全局光照效果。

逆水寒逆水寒

在歌手侃侃的专辑《情动》中，有一首歌曲唤作《逆水寒》。这首歌曲于2007年2月1日由乐满天文化发行。歌词描绘了主人公在暮色中目送群雁南归，湖水映衬着蔚蓝的天空，思绪随风飘散，镜中的自己却无法触及真实的体验。歌词中，主人公提到在异乡的孤独夜晚，唯有梦境能带来一丝安慰，他学会了如何面对生活的挫折，不让泪水滑落。

歌曲中，主人公分享了失败的苦涩和失落的心情，曾经的意冷心灰，只有孤影相伴，这种内心的痛苦并非他人所能完全理解。歌词中的"不易理会，是错是对；不能坚决，是喜是悲"，表达了生活的复杂，人生的道路上总会有转折，他选择勇敢面对，绝不会轻易退缩。

《逆水寒》以其深情的旋律和深沉的歌词，展现了主人公在逆境中的坚韧与成长，让听众感受到生活中的酸甜苦辣，鼓励人们在困境中坚持前行。

扩展资料

《逆水寒》属于《四大名捕》小说系列，且被认为是最适合以电视连续剧形式进行艺术再现的，讲述了以流传在宋朝时期的“逆水寒剑”为线索，讲述了宋朝的八大寨主保护“逆水寒剑”的江湖故事。江湖大侠戚少商蒙冤逃亡，在神捕铁手、昔日情敌霹雳堂主雷卷等义士的帮助下冤案得雪。

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