动态漫反射全局光照

为什么需要动态方案

烘焙耗时长，美术常同时处理多个关卡以免空等，又让烘焙资源过载、进一步变慢，影响效率；有时几何在运行时改变，根本无法预计算。

虚拟点光源与反射阴影贴图 (RSM)

• Instant Radiosity（与辐射度关系不大）：从光源投射光线，在每个击中点放一个代表该表面间接光的虚拟点光源 (VPL)。
• Tabellion 与 Lamorlette（《怪物史莱克 2》，离线）：先做直接光 pass 存入纹理，渲染时追踪光线用缓存光照算一次反弹；表明很多情况下一次反弹就足够可信。
• RSM (Dachsbacher 与 Stamminger)：像阴影贴图一样从光源视角渲染，但除深度外还存反照率、法线、直接光通量；最终着色时把 RSM 纹素当点光源提供一次反弹。RSM 有数十万像素，只按重要性启发式选一部分。后续改进反过来：从整张 RSM 生成一批光源，在屏幕空间溅射 (splatting)。
• 主要缺点：间接光没有遮挡，但多数应用可接受。
• VPL 太少会在 RSM 重新生成时剧烈移动造成闪烁，太多又太慢。《神秘海域 4》(Xu) 给玩家手电筒做间接光：每像素只用 16 个光，但多帧轮换不同光集并做时间滤波。
• 补遮挡：Laine 等给间接光用双抛物面阴影贴图，逐步加入，每帧只渲染少量阴影贴图；Ritschel 等用点表示的简化场景渲染大量不完美阴影贴图，单张缺陷多，简单滤波后足以给间接光遮挡。
• 相关游戏做法：《Dust 514》渲染最多四层的俯视图来收集间接光；虚幻引擎 Kite 演示用类似方法提供地形间接光。

光传播体积 (LPV)

Kaplanyan 受辐射传输中离散坐标法启发：

flowchart LR
  A["RSM 找到被直接照亮的表面"] --> B["注入: 反射辐射亮度写入所在网格单元<br/>二阶 SH, 朝向背离表面, 带材质颜色"]
  B --> C["传播: 每个单元收集六邻居的辐射场<br/>更新自己的分布"]
  C -->|"每次只传播一格, 迭代多次"| C
  C --> D["着色: 每单元有完整辐射场<br/>可用任意 BRDF"]

上图流程：先用 RSM（或其他方法）找到被照亮的单元注入反射光，再多次迭代让光一格一格扩散，最后按单元的辐射场着色。

• 优点：每个单元都有完整辐射场，可用任意 BRDF（但二阶 SH 下光泽反射质量较低）。
• 级联 LPV (Kaplanyan 与 Dachsbacher)：嵌套的一组体积，单元逐级变大，各级独立注入和传播，查找时取最精细的可用级别，以覆盖更大范围、传播更远并控制内存。
• 遮挡：原版没有；改进版用 RSM 深度和相机深度缓冲加入阻挡信息（不完整），也可预处理体素化场景。
• 问题：漏光最严重；提高分辨率要更多迭代才能传播同样距离，代价大增，平衡不易。网格分辨率有限加上粗糙的方向表示，信号在单元间传递时退化，多次迭代后会出现对角条纹等混叠，可在传播后做空间滤波缓解。

体素锥追踪 (VXGI)

• Crassin 提出：几何存成稀疏体素八叉树 (SVO)，它像 mipmap 一样能快速测试一块空间的占用。体素还存反射光，按六个主方向存储；用 RSM 把直接光注入最底层，再向上传播。
• 估计入射光时，用沿平均方向追踪的一个锥代替一束光线：沿锥轴一系列查找，每次读取节点尺寸与该处锥截面相当的层级（类似三线性过滤在两层间插值），得到朝锥原点方向的过滤辐射亮度和占用比例。像 alpha 混合一样累计遮挡：每步按占用比例衰减，累加的光乘以累计遮挡。无法检测由多个部分遮挡叠成的完全遮挡，但结果可信。
• 漫反射要追踪多个锥，数量是性能与精度的折中；假设余弦在锥内为常数，漫反射就是各锥结果的加权和。
• 虚幻引擎原型版 (Mittring)：降低分辨率追踪、空间分布锥使每像素只追踪一个锥，再在屏幕空间滤波得到完整漫反射。
• 性能问题：查找叶节点是一连串相互依赖的内存读取（每次可能数百周期），ALU 工作很少，GPU 用多 warp 隐藏延迟也常出现全部 warp 都在等内存。McLaren（《明日之子》，30 FPS）改用级联三维纹理：各级尺寸相同、覆盖范围逐级增大，一次普通纹理查找即可、无依赖读取；存反照率、占用和六方向反弹光；级联随相机移动，物体进出高分辨率区，因内存限制按需体素化。

屏幕空间与其他方法

• 屏幕空间漫反射 GI 不如 SSAO 流行：颜色渗透常来自强光照亮的大片同色表面，往往无法完整入画，反弹光随取景强烈变化、随相机移动闪烁。因此只用于在主方案分辨率之下补充细尺度，如《量子破碎》用辐照度体积做大尺度 GI，屏幕空间方案做短距离反弹。
• Bunnell 的圆盘 AO 方法也可扩展：每个圆盘再存反射辐射亮度，收集时构建完整入射辐射函数，之后同样要一步去除被遮挡圆盘的光。

方法对比