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本章节学习目标：

  • 学习Unity常见的光照模型内容

  • 学习掌握间接光漫反射

  • 学习掌握间接光镜面反射

  • 学习掌握环境贴图技术

环境配置：

一、环境光模拟技术基本知识

环境光贴图、反射探针和光照探针

a Lightmap 环境光贴图

b Reflection Probe 反射探针 （使用环境贴图技术或者IBL技术实现）

c Light Probe 光照探针 （使用SH球谐光照实现）

1、技术对比

特性 反射探针 光照探针 环境光贴图
作用 捕捉场景的反射信息，生成环境贴图 捕捉场景的光照信息，存储光照数据 预计算场景的全局光照信息，存储为贴图
用途 用于物体表面反射周围环境 用于动态物体的光照计算 提供场景的全局光照信息，用于静态和动态物体
数据存储 存储环境贴图（颜色、光照等反射信息） 存储光照数据（颜色、强度等） 存储全局光照信息（颜色、强度等）
放置方式 放置在场景的关键位置，捕捉周围环境 分布在场景中，动态物体根据位置获取光照信息 通常预计算并应用于整个场景
适用对象 静态和动态物体 主要用于动态物体 静态和动态物体
效果 增强物体表面的反射真实感 确保动态物体与静态场景的光照一致 提供场景的整体光照效果，增强真实感
性能开销 较高（需生成环境贴图） 较低（仅存储光照数据） 中等（预计算全局光照信息）
实时性 实时捕捉或预计算 实时捕捉或预计算 通常为预计算

2、技术总结

  • 反射探针：用于物体表面反射环境，增强真实感。

  • 光照探针：用于动态物体的光照计算，确保光照一致。

  • 环境光贴图：提供全局光照信息，适用于静态和动态物体，增强整体真实感。

二、环境贴图、IBL和SH球谐光照技术解析

1、环境贴图技术（Environment Mapping）

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环境贴图技术用于模拟物体周围的环境反射和折射效果。它通过将环境信息存储在纹理中，使物体表面能够反射或折射周围环境。常见类型包括：

  • 立方体贴图（Cube Mapping）：使用六个面的立方体纹理表示环境。

  • 球面贴图（Sphere Mapping）：使用单张纹理表示环境，适合简单场景。

2、IBL基于图像的照明（Image-Based Lighting）

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IBL利用环境贴图作为光源，提供全局光照效果。它通过预计算环境贴图的辐照度，模拟复杂光照条件，常用于PBR（基于物理的渲染）中。主要步骤包括：

  • 环境贴图生成：捕捉或生成环境贴图。

  • 辐照度图计算：预计算环境贴图的辐照度，用于漫反射光照。

  • 反射光计算：使用环境贴图计算镜面反射。

3、SH球谐光照

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SH球谐光照技术用球谐函数表示光照，适合低频光照的近似。它在实时渲染中用于高效计算漫反射光照，主要特点包括：

  • 低频光照表示：适合表示柔和的光照变化。

  • 高效计算：预计算光照系数，运行时计算简单。

  • 压缩存储：仅需少量系数即可表示复杂光照。

4、技术对比列表

技术名称 主要用途 优点 缺点 应用场景
环境贴图技术 环境反射和折射 实现简单，效果逼真 需要高质量环境贴图 反射材质、天空盒
IBL基于图像的照明 全局光照 提供复杂光照效果，适合PBR 预计算复杂，存储需求大 PBR渲染、真实感光照
SH球谐光照技术 低频光照近似 计算高效，存储需求低 仅适合低频光照，高频细节丢失 实时渲染、动态光照

三、环境贴图的技术实现

环境贴图与IBL

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