概念页
光源类型与静态光照
Light Types & Static Lighting
UE 有五种光源:定向光、天空光、点光、聚光和矩形光。每个光源有三种移动性 (Mobility):静态 (Static) 只烘焙进光照贴图;固定 (Stationary) 烘焙间接光,同时能为可移动物体投射动态阴影,但一个物体最多受 4 个固定光源影响;可移动 (Movable) 完全动态。烘焙由 Lightmass(CPU 版或基于 DXR 的 GPU 版)完成,Lightmass 重要性体积用来把光子集中到可玩区域。
五种光源
| 光源 | 特点 | 典型用途 |
|---|---|---|
| 定向光 (Directional) | 光从极远处射来 | 主要的室外光;照亮茂密植被更高效 |
| 天空光 (Sky Light) | 捕获场景背景并应用到几何体上 | 室外环境光、透过开口照进室内 |
| 点光 (Point) | 像灯泡一样向所有方向发光 | 局部照明 |
| 聚光 (Spot) | 在锥形范围内发光 | 局部照明 |
| 矩形光 (Rect) | 从矩形表面向一个方向发光 | 局部照明、面光源 |
(Light Types and Their Mobility in Unreal Engine)对应的理论见 着色模型与光源、面光源。
三种移动性
| 移动性 | 行为 | 代价/限制 |
|---|---|---|
| 静态 (Static) | 用 Lightmass 烘焙进光照贴图;可移动物体通过间接光照缓存或体积光照贴图获得光照 | 运行时最便宜,不能改变 |
| 固定 (Stationary) | 运行时不能移动,但可以改变(如颜色、亮度);烘焙进光照贴图,同时为可移动物体投射动态阴影 | 有额外开销;一个物体最多同时受 4 个固定光源影响 |
| 可移动 (Movable) | 可在游戏中添加、移除、移动 | 不投射阴影的可移动光源很便宜,甚至比静态光更省,因为不需要往磁盘保存光照数据 |
(Light Types and Their Mobility in Unreal Engine)移动性还会影响移动端,因为移动平台并不支持所有类型光源的动态阴影(见 移动端渲染优化)。
flowchart TD
Q{"光源要在游戏中移动吗?"} -->|"要"| MV["Movable:完全动态<br/>配合 Lumen 等动态 GI"]
Q -->|"不移动"| Q2{"需要改变颜色/亮度,<br/>或给动态物体投影吗?"}
Q2 -->|"需要"| ST["Stationary:烘焙 + 动态阴影<br/>注意每个物体最多 4 个"]
Q2 -->|"不需要"| SC["Static:只烘焙,运行时最便宜"]图中是按需求选移动性的流程(依据上表归纳)。
Lightmass 与静态 GI
- 官方把 GI 分成两条路:支持移动与交互的动态光照,以及不需要场景太动态的预计算光照,两者可以在同一场景中混用。预计算适合光照不变的场景,默认支持静态网格和 BSP,静态网格需要光照贴图 UV;要考虑烘焙时间、内存和纹理存储。(Global Illumination in Unreal Engine)动态 GI 见 Lumen 全局光照与反射。
- Lightmass 生成带面积阴影、漫反射互反射等复杂光照交互的光照贴图,用于预计算静态和固定光源的部分光照贡献。它按关卡大小发射光子,远处的背景网格会大量增加光子数量和构建时间;Lightmass Importance Volume 把光子发射集中到需要高质量间接光的区域,体积外只得到一次、质量较低的间接光反弹。(Lightmass Basics in Unreal Engine)理论见 预计算光照与光照贴图。
- GPU Lightmass:利用 DX12 与 DXR 的光线追踪能力烘焙固定/静态光源,「显著缩短」复杂场景的烘焙时间,速度可以与 CPU Lightmass 用 Swarm 分布式构建相当。启用插件后,还需要在项目设置中打开 Support Hardware Ray Tracing(不需要光追阴影和光追天空光)。(GPU Lightmass Global Illumination in Unreal Engine,硬件光追见 硬件光线追踪与路径追踪器)
出处
相关页面
图形学预计算光照与光照贴图Precomputed Lighting & Light Maps烘焙 (baking) 是把辐射度或路径追踪等离线 GI 结果预先算好存起来,运行时直接查询。静态几何参与预计算并完整交互,动态物体只作接收者。数据可以是辐照度,也可以带方向(SH、H 基、AHD、球面高斯、环境立方体等),存储在光照贴图、顶点或体积/探针中,各有接缝、漏光、内存等取舍(RTR4 11.5.1、11.5.2、11.5.4 节)。图形学着色模型与光源Shading Models & Light Sources着色模型描述物体颜色如何随表面朝向、观察方向和光照变化。光源通过两个参数与着色模型交互:指向光源的方向 \mathbf{l} 和光的颜色 \mathbf{c}{\text{light}}。方向光、点光源、聚光灯的区别就在于这两个量如何随场景变化;距离衰减和方向衰减函数的选择同时影响画面与性能。图形学面光源Area Lights真实光源从来不是点。面光源要求对光源所张立体角 \omegal 积分 BRDF,实时渲染倾向于用闭式解或近似而不是多条光线取平均。主要做法有:Lambert 表面的矢量辐照度与包裹光照、光泽表面的粗糙度修正和"最具代表性的点",以及最准确的线性变换余弦 (LTC)。游戏开发 · UE5Lumen 全局光照与反射Lumen Global Illumination & ReflectionsLumen 是 UE5 默认的全动态全局光照 (Global Illumination, GI) 与反射系统:先做屏幕空间追踪,未命中再对"Lumen 场景"做软件光追(有符号距离场)或硬件光追,命中点的光照从按网格离线放置的卡片 (Card) 构成的表面缓存 (Surface Cache) 中查询,表面缓存的直接与间接光照分摊到多帧更新,从而得到无限次漫反射弹射和全粗糙度范围的反射。游戏开发 · UE5硬件光线追踪与路径追踪器Hardware Ray Tracing & Path TracerUE5 的硬件光线追踪 (HWRT) 大部分功能都集成在 Lumen 里;也有光追阴影等独立功能。Lumen 在显卡、RHI 和操作系统支持时使用 HWRT,否则回退到软件光追;反射光线可以用表面缓存(快)或命中点光照(质量高)来着色;实例超过 10 万时,HWRT 的场景更新开销很大。路径追踪器 (Path Tracer) 是渐进式、硬件加速的无偏渲染模式,用作 ground truth 参考和影视级最终输出,与 Sequencer/Movie Render Queue 集成。游戏开发 · UE5移动端渲染优化Mobile Rendering Optimization移动端优化的核心是认清设备的 CPU/GPU 速度、线程、带宽和内存,然后控制最主要的几项开销:Draw Call(官方称其为当前导致图形性能低下的最大因素,在 Galaxy Tab S6 上建议约 700 个,低端设备少于 500 个)、材质复杂度和 overdraw。合并网格和材质(Substance 把多种材质画进同一张纹理,用顶点色作遮罩)是减少 Draw Call 最直接的办法。游戏开发 · UE5天空大气与体积云Sky Atmosphere & Volumetric Clouds天空大气 (Sky Atmosphere) 组件是基于物理的天空与大气渲染:模拟瑞利散射 (Rayleigh)、米氏散射 (Mie) 和臭氧吸收,天色随太阳高度变化,并提供带行星曲率的空气透视,可以从地面平滑过渡到外太空。体积云 (Volumetric Cloud) 组件用材质驱动的三维体积纹理做光线步进,多次散射用若干「八度」近似,云的阴影可以用光线步进或 Beer 阴影贴图。游戏美术灯光工作流与光源类型Lighting Workflow & Light Types现以第 3 版 Ch2 为准。 3D 少有「美丽意外」——要控制流程(何时开灯、反馈环、命名与版本)、选对光源类型,并用衰减、diffuse/spec 分离、light linking、cookie 等手段细化。第 3 版新增 Physically Based Lights(IES/光度学灯) 实践。游戏美术三点布光Three-Point Lighting经典 key / fill / backlight(rim) 术语页。第 1 版独立成 Ch3;第 3 版并入 Ch5 角色章,并强调变体、反公式化,以及 bounce/spill/kick/spec 等扩展。角色动画、SSS、眼发等深度内容见 生物与角色灯光。游戏美术数字灯光设计基础Digital Lighting Design Fundamentals现以第 3 版 Ch1 为准。 灯光设计是前数字时代就存在的手艺;CG 里每一盏灯都要有动机(motivation),必要时可 cheat,并服务可读性、可信度、连续性与视线引导等视觉目标。游戏美术PBR 灯光与渲染策略PBR Lighting StrategiesDinur Ch11:从扫描线到路径追踪的语境下,给出 PBR 灯光实用策略——尺度、日景/室内、天空色、人造光、IBL/光度学灯等。Ch12 BRDF 模块与 RTR4 重叠处只保留制作结论并双向链接图形学 PBS。游戏美术游戏中的照相真实感Photorealism in GamesDinur Ch2「Games」:游戏图形在数十年内从像素到电影级变化最大;照相真实感不是所有游戏的前提,但是追求沉浸写实的作品与 VFX 共用同一套真实感原则,并多出实时、自由相机与规模约束。