Lumen 全局光照与反射

Lumen 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。

它解决什么

Lumen 渲染"无限次反弹的漫反射互反射和间接高光反射"，尺度从毫米到千米。（Lumen Global Illumination and Reflections）用渲染方程的语言说，它在实时预算内近似求解渲染方程中的间接项：漫反射部分产生颜色溢出 (Color Bleed) 和间接阴影；高光部分即反射。官方强调它以全分辨率着色，但以低得多的分辨率计算间接光照。（Lumen Global Illumination and Reflections）

启用 Lumen 后：Lumen GI 取代距离场环境光遮蔽 (DFAO)，Lumen 反射取代屏幕空间反射 (SSR)，预计算静态光照被禁用、光照贴图被隐藏。（Lumen Global Illumination and Reflections）也就是说它替代了理论页预计算光照与光照贴图、屏幕空间反射、环境光遮蔽、局部反射探针中的多种传统方案。

追踪流水线

下图表示一条 Lumen 光线的求解顺序：

flowchart TB
    A["像素发出 GI/反射光线"] --> B{"屏幕追踪命中?"}
    B -- "是" --> R["用场景颜色/深度"]
    B -- "否或穿到表面背后" --> C{"硬件光追可用且启用?"}
    C -- "是" --> D["对三角形求交<br/>Nanite 用 Fallback Mesh"]
    C -- "否" --> E["软件光追<br/>网格距离场前 2m + 全局距离场"]
    D --> F{Hit Lighting?}
    F -- "是" --> G["命中点实时计算光照"]
    F -- "否" --> H["查询表面缓存"]
    E --> H

要点：（Lumen Technical Details）

屏幕追踪 (Screen Traces) 最先执行，支持任何几何类型，能掩盖 Lumen 场景与真实三角形场景的不匹配；代价是限制美术控制（如大的 Indirect Lighting Scale 会产生视角相关的 GI）。这与屏幕空间反射的局限同源：屏幕外与被遮挡的信息拿不到。
软件光追用网格距离场 (Mesh Distance Field) 合并成的全局距离场 (Global Distance Field) 做球体追踪；默认 Global Tracing 最快，Detail Tracing 先在每网格距离场上追前两米，质量高但在拼装 (kitbash) 关卡里代价极高。原理见隐式曲面与有符号距离函数。
硬件光追对真实三角形求交，支持蒙皮网格，可在命中点计算光照（Hit Lighting），质量更高；但大场景、大量重叠实例时建立成本最高，蒙皮网格每帧更新加速结构的成本与蒙皮三角形数成正比。官方原话："软件光追是大量重叠实例场景中唯一高效的选项，而硬件光追是获得高质量镜面反射的唯一途径。"
表面缓存：Lumen 对附近场景表面自动参数化，从多个角度用卡片捕获材质属性（默认每网格 12 张，可调 Max Lumen Mesh Cards），然后为这些表面点计算直接和间接光照，分摊到多帧，从而高效支持多动态光源和多次弹射。没被卡片覆盖的区域（表面缓存视图中粉色）不会反弹光，在反射中显示为黑色。

与动态漫反射全局光照的比较：两者都是"缓存 + 光追"的动态 GI 思路，DDGI 把辐照度缓存在空间探针里，Lumen 主要缓存在网格表面（表面缓存）并辅以屏幕追踪（这是基于两份资料的对比解读，不是 Epic 原话）。

性能目标与参数

主要目标：次世代主机上大型开放世界 60 FPS（High 可伸缩级）；次要目标：室内 30 FPS，Epic 级在次世代主机 1080p 内部分辨率下 GI+反射约 8 ms，依赖 TSR 输出接近原生 4K。（Lumen Technical Details）这说明 Lumen 与 TSR 与抗锯齿方案是配套设计的，规划帧时间预算与渲染性能时应把二者一起考虑。
软件光追时 Lumen 场景只覆盖相机周围 200 m（后处理可调到 800 m），超出后只有屏幕追踪；硬件光追的 Far Field 可延伸到 1 km，但需要 World Partition 构建 HLOD1（见世界分区）。（Lumen Technical Details）
缓存导致滞后：局部光照变化传播很快，但全局变化（如关掉太阳）可能需要数秒；可用后处理的 Lumen Scene Lighting Update Speed / Final Gather Lighting Update Speed 加速，代价是 GPU。（Lumen Global Illumination and Reflections）

常用后处理参数：（Lumen Global Illumination and Reflections）

参数	作用	代价
Lumen Scene Detail	能进入 Lumen 场景的最小物体尺寸	越大越贵
Lumen Scene View Distance	Lumen 场景维护距离	越大越贵
Final Gather Quality	降低 GI 噪声	GPU
Max Trace Distance	追踪最大距离；太小会在洞穴等大空间漏光	越大越贵
Max Roughness To Trace	超过此粗糙度不再追专门的反射光线	越高越贵
Max Reflection Bounces	镜面互反射次数，默认 1	需硬件光追 + Hit Lighting

内容制作规则（常见的坑）

场景要模块化：墙、地板、天花板分开建模；一个网格包含整个房间和家具"预期无法正常工作"。墙体不薄于 10 cm 以免漏光；避免看到单面网格背面。（Lumen Technical Details）
软件光追只表示静态网格、ISM、HISM 和地形；不支持 WPO；植被需开 Affect Distance Field Lighting。（Lumen Technical Details）
骨骼网格只在预蒙皮包围盒周围放 6 张卡，大幅变形动画下覆盖和质量有限。（Lumen Technical Details）
小而亮的自发光物体会产生噪点，且小物体会被剔出 Lumen 场景，只能靠屏幕追踪，结果不稳定。（Lumen Global Illumination and Reflections）、（Lumen Technical Details）
相机快速移动时 Lumen 场景更新跟不上，间接光会"弹出"。（Lumen Technical Details）
高多边形网格不开 Nanite 时，表面缓存捕获会变得很慢（见 Nanite 虚拟化几何体）。（Lumen Technical Details）

适用范围

Lumen 不能与光照贴图一起用（但 Lumen 反射可以单独配合烘焙光照，需硬件光追）；不兼容前向着色；不支持 PS4/XB1；VR 的高帧率高分辨率使它"不太合适"。软件光追需要 DX12 SM6（GTX 1070 以上）；硬件光追需 RTX 2000 / RX 6000 以上或 PS5、Xbox Series、Switch 2。（Lumen Technical Details）因此面向低端或 VR 的项目仍要回到预计算光照与光照贴图等传统方案。