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局部反射探针

Localized Reflection Probes

镜面全局光照需要高角分辨率但只关心反射方向附近的小立体角。实时中最流行的方案是在场景中稀疏放置局部环境贴图（反射探针），配合反射代理体做视差校正；它实现简单、快、美术可控，但有拉伸和漏光问题。另有体素锥追踪和平面反射等替代方案（RTR4 11.6–11.6.4 节）。

光泽材质的镜面瓣远比余弦瓣窄，需要能表达高频细节的辐射表示；但只需小立体角内的入射光。
用 AHD 或 HL2 基存的方向，可当方向光算出粗糙高光，但 AHD 方向在短距离内剧变会让高光不自然变形（可空间滤波方向缓解），HL2 基在切线空间剧变处有类似问题。
《教团：1886》用 9–12 个球面高斯表示入射光，配合 Xu 等的近似：假设菲涅耳与遮蔽-阴影项在各高斯支撑内为常数， $L_o\approx\sum_k M(\mathbf{l}_k,\mathbf{v})(\mathbf{n}\cdot\mathbf{l}_k)^+\int D(\mathbf{l},\mathbf{v})L_k(\mathbf{l})d\mathbf{l}$ ，NDF 用各向异性球面高斯 (ASG) 建模并有 SG×ASG 积分的高效近似。只能表现中等光泽，游戏设定在 19 世纪伦敦、高度抛光材质少，所以够用。
要表现抛光材质，SH 和 SG 都是全局支撑，任何方向都要所有基函数参与，锐利反射需要数千个，既算不起也存不下。

Brennan 与 Bjorke 的方法：不把环境当无限远，而当作有限大小的球（半径由用户定）。查询时把反射方向当作从着色点出发的光线与该形状求交，再用"探针中心→交点"的新方向查环境贴图，相当于把环境贴图"固定"在空间中，称视差校正。

flowchart LR
  P["着色点 p"] -->|"反射方向 r"| X["与代理体求交"]
  X --> D["新方向 r' = 交点 - 探针中心"]
  D --> E["用 r' 查探针环境贴图"]

上图：反射光线先打到代理体（球、盒等），再从探针中心指向交点得到真正的查询方向。

代理很少精确匹配几何，反射会不自然拉伸（主要影响高度抛光材质）；贴图中反射性物体的 BRDF 是在探针位置评估的，对其他着色点不完全正确。
漏光：简化求交错过本该遮挡的局部几何，返回亮区值。可用方向遮蔽缓解；或利用分辨率更高的预计算漫反射光照——把环境贴图除以探针位置的平均漫反射光照去掉低频部分，着色时再乘着色点的漫反射光照。
更精确的几何：Szirmay-Kalos 等给探针存深度图并在查找时光线追踪；McGuire 等更高效地追踪，信息不足时切换到后备探针继续。
视差校正后 BRDF 瓣在代理上的足迹随位置改变，而预滤波假设核径向对称，因此预滤波略有误差 (Pesce、Iwanicki)。

开放世界昼夜变化或程序生成世界时，离线处理全部探针太慢或无法存储，需运行时渲染并仔细控制开销。一帧可能用几十上百个探针，不可能全部重渲染，也不必：动态物体的反射可交给屏幕空间方法；加载时渲染一些，其余进入视野时逐个渲染。
设定每帧预算，只更新固定数量；按到相机距离、距上次更新时间等排序；预算特别小时可每帧只渲染立方体贴图的一个面。
快速预滤波：Colbert 与 Křivánek 用重要性采样，约 64 个样本，从带完整 mip 链的立方体贴图采样并启发式选择 mip 以去噪；Manson 与 Sloan 用基函数构造目标核（系数一次性优化），先降采样+简单滤波，再组合 mip 链样本。
压缩：Narkowicz 把 HDR 探针高效压缩到 BC6H（半精度浮点）。CPU 吃不消时可离线准备探针的 G-buffer，运行时只做光照和卷积，必要时把动态几何叠画上去。

SVO 或级联版本都可用于镜面，而且比漫反射更划算：镜面瓣窄，通常一个锥就够；粗糙材质反射模糊，可退回反射探针不追踪；近镜面时锥细得像光线，可能看出体素方块，但反射很少被直接看到、又被纹理调制，实践中少有问题；需要完美镜面时用更便宜的其他方法。

反射面少且为平面时，用常规管线渲染反射图像，可得精确镜面，额外处理后也能做光泽效果。
依据反射定律，反射像就是物体关于平面的镜像：可以复制物体变换到镜像位置渲染（光源位置和方向也要镜像），或等价地把观察者位置和朝向镜像到另一侧，只需修改投影矩阵。
平面后方的物体不应被反射：在像素着色器中定义与反射面重合的裁剪平面，裁掉原本在镜子后面的几何。

GEA 的视角：光栅化引擎中的反射（卷 II 12.5.5）

以光线追踪为核心的引擎里，反射是模拟"免费"附带的；光栅化引擎则有几种做法（卷 II 12.5.5）：
- 用环境贴图给光滑物体做周围环境的一般反射（见环境贴图）；
- 镜子等平面的直接反射：把相机位置关于反射面镜像，从镜像视点把场景渲染到纹理，第二遍再贴到反射面上。GEA 以《最后生还者重制版》(PS4) 的镜子为例。
这对应本页「平面反射」一节，GEA 没有讨论反射探针的视差校正和动态更新。