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0x00 前言
最近工作比较忙#xff0c;所以文章已经很久没有更新了。这篇小文的主题也是在出差的高铁上想到#xff0c;因为最近和一些朋友聊天#xff0c;发现他们中很多人的项目中都使用了多个实时光源。…原文链接https://www.cnblogs.com/murongxiaopifu/p/8997720.html
0x00 前言
最近工作比较忙所以文章已经很久没有更新了。这篇小文的主题也是在出差的高铁上想到因为最近和一些朋友聊天发现他们中很多人的项目中都使用了多个实时光源。细问之下主要是某些物体例如角色在烘焙后的场景中显得不够突出为了突出角色所以加入了更多的实时光源。但事实上这可能并非一个很好的选择。
0x01 间接光还是直接光
下面这张图片演示了只有直接光照以及加上了间接光照之后的对比。 可以看到直接光照抵达不到的地方的黑暗的部分要通过间接光照来照亮而不是为了提高暗部的亮度再加一盏实时灯光。 事实上如果场景中有大量的灯光——例如如果在上图中为室内增加大量补光来提高室内亮度—— 还会造成场景中的明暗对比降低画面显得更“平”。 这也是很多朋友的项目中场景中存在的一个比较常见的问题即亮度不够灯光补。补着补着才发现整个场景已经充斥了太多的灯光了而场景也因此整体很亮没有了明暗对比结果就是视觉效果平的不真实。 相信各位也一定想到了亮度不够灯光补这个思路的另一个实践——场景内的角色不够亮时也选择使用一个灯光来给角色补光——同样存在着和之前所说的一样的问题。 那么怎么提亮角色才更加合理一些呢虽然提亮角色这件事本身就不符合物理规则但是为了游戏效果显然存在这样的需求。如上图所示那样利用间接光来照亮物体是一个不错的思路不够亮提高间接光的亮度。 在Unity中如何给动态物体提供间接光这就引出了下面的主角——LightProbe。
0x02 LightProbe的核心
LightProbe主要解决了如何在动态对象和角色上使用烘焙的照明信息。 其实LightProbe的核心就是球面亮度信号编码和重建。
如果大家了解信号处理方面的知识的话就会知道只要信号满足一定条件就可以分解为一系列正弦谐波的和谐波频率以倍频增长这就是所谓的傅立叶级数。 而lightprobe也采用了类似的思路使用了球谐函数来对该球面上的亮度信号进行编码。
同样的一个原始的亮度信号也可以分解为一系列带缩放参数的基函数之和而我们只需要知道这些基函数的缩放系数就可以在运行时快速的重建原始的亮度信号了。
但是有一个问题那就是如果要完美的重建原始光照信号的话显然需要很多很多甚至是无穷项球谐函数。但是好在LightProbe中保存的主要是一些低频的光照信息换句话说它没有高频率变化所以如果我们通过丢弃所有更高的频率来压缩球体上的频域数据没有人会注意到。所以这里我们可以只取有限的低频谐函数。
在Unity中烘焙GI的LightProbe采用了3阶球谐函数9个参数实时GI中的LightProbe采用了2阶球谐函数4个参数。 OK信号编码的问题解决了另一个问题即在运行时如何重建亮度信号。其实使用lightprobe的开销很低因为只需要将缩放系数与其对应的基函数相乘之后再求和的结果就是近似的原始信号。
接下来我来看看一个Unity中的LightProbe中保存了哪些数据吧。
在Unity中我们可以使用脚本将场景内的LightProbe保存为一个Asset并且只要保证使用文本格式进行序列化我们就可以直接查看其数据内容了。
AssetDatabase.CreateAsset(Instantiate(LightmapSettings.lightProbes), Assets/lightProbe.asset);
首先能够注意到的是“m_Tetrahedra”部分。 这个其实就是在运行时LightProbe插值时需要用到的四面体数据。因为如果要进行插值显然要知道需要哪几个点来插值同时还需要知道每个点的权重各是多少。 在Unity中会根据角色所在的位置选择四面体然后使用组成四面体的点进行插值当然还可以确定每个点的权重。
在靠后的位置我们还可以找到烘焙后的球谐函数的系数。
可以看到9个参数3个通道所以每一个点总共有27个float数据。 综上可以看到在使用LightProbe时计算开销并不大相对来说比较大的开销主要来自对内存的占用。
0x03 修改LightProbe数据 提亮角色
ok简单介绍了一下LightProbe的原理以及实现。下面我们还是回到最初的问题那么怎么提亮一个场景内的角色才更加合理一些呢 事实上我们可以通过修改烘焙后的LightProbe的数据来实现这样的需求。 可以看到上图中角色已经和场景融为了一体。虽然这样更加真实和符合物理规则但是我想对很多人来说这显然不是一个好的效果。角色还是能更加突出的好。 好在Unity提供了获取烘焙后的LightProbe数据的接口 var probes LightmapSettings.lightProbes.bakedProbes;
bakedProbes内保存的是一堆“SphericalHarmonicsL2”对象只要修改SphericalHarmonicsL2的缩放比例就可以修改LightProbe所提供的亮度了。 除了修改亮度之外有时我们也会想让角色有不同的环境光效果以更加突出角色。这时我们就可以通过SphericalHarmonicsL2中定义的AddAmbientLight方法来实现了 probe.AddAmbientLight(color);
提亮和修改环境色之后我们的角色在场景中就成了下面这样。比实时光更加自然和开销更低。
当然这里只是抛砖引玉欢迎大家来讨论。 相关的脚本可以在这里获取https://github.com/chenjd/LightProbeEditor
ref
https://en.wikipedia.org/wiki/Delaunay_triangulationhttps://www.gdcvault.com/play/1015312/Light-Probe-Interpolation-Using-Tetrahedralhttps://en.wikipedia.org/wiki/Spherical_harmonics
