Unity3D 中的燈光與渲染

最近仔細研究了Unity3D中的燈光以及渲染，有了全新的認識，在這里整理記錄下來。博主所使用的是Unity3D 2017.3.1f1這個版本。

一、Unity3D中的燈光

1. Directional Light：平行光，用來模擬太陽發射的光。

2. Point Light：點光源，用於模擬場景中的燈和其他本地光源。

3. Spot Light：聚光燈，通常用於人造光源，如手電筒，汽車前燈和探照燈。

4. Area Light：區域光，只能用於烘焙中。

5. Reflection Group：反射探針，用於准確反射周圍環境。

6. Light Probe Group：燈光探針組，用於記錄場景中光照信息，實時影響物體。

7. Environment Lighting：環境光。場景的整體外觀和亮度的主要依靠於環境光，環境光是從各個方面來影響對象的。

8. Emissive Materials：自發光材質，類似於區域光，只能使用在靜態物體中，並且只能照明靜態物。

二、Unity3D中虛擬環境的組成

Unity3D中虛擬環境由天空盒、環境光、環境反射以及場景中的光源共同構成。我們按照下面的步驟，可以將場景還原到最原始的狀態：

　　1、關閉場景中的所有燈光。

　　2、進入Window->Lighting->Setting->Scene窗口。

　　3、設置Environment->Skybox Material參數為None，取消天空盒。

　　4、設置Environment->Environment Lighting->Ambient Color為黑色，將環境光設置為黑色。這里需要注意的是，當我們將天空盒取消后，環境光的來源將會變為顏色，如果我們設置了天空盒，並將環境光的來源設置為天空盒（Environment -> Environment Lighting -> Source -> Skybox），Ambient Color參數將會變為Intensity Multiplier（環境光強度），如果我們將強度調為0，會發現場景明顯變暗。

　　5、設置Environment->Environment Reflections->Intensity Multiplier為0，將環境反射強度設置為0。環境反射也受來源的影響，當天空盒為空時，反射來源也為空，這時我們調這個參數其實是看不到效果的。如果我們設置一個天空盒，將環境光關閉，打開場景中的光源，我們在調節這個參數，會發現場景中的模型，接受不到光照的地方將會顯示純黑色。

 

按照上面的步驟做完，我們將會得到一個純黑的場景，什么也看不到，如果我們反向操作，場景又會慢慢亮起來，這也就證明了Unity3D中虛擬環境由天空盒、環境光、環境反射以及場景中的光源共同構成這一結論。

三、Unity3D中打光與渲染必備知識

　　1、Unity3D中的光分為直接光照和間接光照，間接光照就是反射光。 

　　2、Unity3D中光的渲染模式有三種：

　　　　①　Realtime：實時渲染。每幀都會計算光照,實時光照是不會反射的，所以它的光影顯得單調。

　　　　②　Mixed：混合渲染。提供烘焙和實時功能的混合模式，例如對燈光的間接照明進行烘焙，同時對直接照明進行實時計算。

　　　　③　Baked：烘焙渲染。過烘培光照貼圖的方式獲得很好的光照效果，無法實時的改變光照。

　　3、Unity3D中的陰影類型：

　　　　①　No Shadows：沒有陰影。無性能損耗。

　　　　②　Hard Shadows：硬陰影。陰影邊緣清晰，效果一般，性能損耗一般。

　　　　③　Soft Shadow：軟陰影。陰影邊緣柔和，有過渡效果，效果最好，性能損耗最嚴重。

　　4、Unity3D中分全局設置和局部設置。例如我們對場景中某一盞燈光的參數進行修改，只會影響這一盞燈，如果對全局參數進行修改，將會影響所有的燈光效果。

　　5、Unity3D中的物體分為動態物體和靜態物體。烘焙技術、自發光材質、預先全局光照技術等只對靜態物體生效。

四、效果優化常用全局參數介紹

1、顏色空間（Color Space）

參數設置位置：Edit -> Project Setting -> Player -> Player Settings -> Other Settings -> Rendering -> Color Space

兩種模式：Gamma和Linear。Linear效果更好，同時也對性能消耗比較大。下面是兩種模式在不同光照強度下效果對比圖：

 

2、最終聚集（Final Gather）

參數設置位置：Window -> Lighting -> Setting -> Scene -> Lightmapping Settings -> Final Gather

作用：一種模擬全局照明的計算技術。反向搜集物體表面特定點的受光照強度來模擬現實照明效果，來使場景更貼近於自然。由於該計算技術計算量很大，建議在場景最后出效果時勾選，並進行烘焙，平時不要開啟。

五、沒有陰影的原因

1、光源沒有開陰影。

2、全局設置中關閉了陰影。（Edit -> Project Setting -> Quality -> QualitySettings -> Shadows -> Shadows）

 

3、模型。Mesh Renderer組件中的Cast Shadows屬性為關。

 

4、Shader問題，Shader本身不接受陰影。

六、燈光常用參數介紹

Type：燈光類型

Color：燈光顏色

Mode：渲染模式

　　Realtime：實時

　　Mixed：混合

　　Baked：烘焙

Intensity：燈光強度

Indirect Multiplier：間接照明強度

Shadow Type：陰影類型。No Shadows(無陰影)、Hard Shadows(硬陰影)、Soft Shadows(軟陰影)

　　Baked Shadow Angle：這個設置用來改變間接光的亮度。間接光是指從一個物體反射到另一個物體的光線。Indirect Multiplier定義了GI系統計算的反射光亮度。Indirect Multiplier小於1時，光線每次反射后會變暗。大於1時光線每次反射后會變 亮。 這個功能可以用來調亮陰影中的表面（比如洞穴內部）以清晰地觀察細節。或者在使用Realtime Global Illumination時，想讓某個real-time光源只有直接光時，可以將Indirect Multiplier設置為0。

　　Realtime Shadows：實時陰影

　　　　Strength：陰影濃度，即陰影的黑暗程度。

　　　　Resolution：陰影分辨率，即質量。

　　　　Bias：通過滾動條控制陰影被推離光線的距離，范圍為0到2，默認值為0.5。用來避免人工物體自陰影的錯誤。

　　　　Normal Bias：通過滾動條控制投射陰影的表面相對於周圍正常表面的下沉效果，范圍為0到3，默認值為0.4。用來避免人工物體自陰影的錯誤。

　　　　Near Plane：通過滾動條控制渲染陰影時的最近裁切面。范圍為0.1到10，默認值時0.2。這個值會從0.1 units和光線的Range的1%中取最小值。

Cookie：為投射的陰影指定一個紋理（替換真實的灰色陰影）。比如制造剪影，或者照明圖案。

Cookie Size：陰影紋理尺寸

Draw Halo：繪制光暈

Flare：光斑

Render Mode：渲染優先級。這會影響光照的保真度和渲染性能。

　　Auto：渲染方式在運行時根據周圍光照的亮度和當前Quality Settings來決定。

　　Important：光照總是按照逐像素的質量渲染。一般只對最醒目的視覺效果使用Important模式，比如玩家車輛的車燈。

　　Not Important：光照總是以更快的頂點/角色光照模式渲染。

Culling Mask：光照剔除

 

各種燈光的參數都大致一致，我這里就不一一介紹了，就以平行光為例介紹。

 

 

七、Lighting窗口參數介紹

Unity3D 中渲染效果肯定是離不開 Lighting 窗口的參數設置的。Lighting 窗口的參數看着很多，其實只要理解了，也沒多少。而且Realtime、Mixed、Baked這三種渲染模式是分別與 Lighting 窗口中的 Realtime Lighting、Mixed Lighting、Lightmapping Settings 三大塊一一對應的，只要理解了這個，整個 Lighting 窗口的參數就好理解很多了。

1、Environment（環境設置）

　　Skybox Material：天空盒

　　Sun Source：當使用程序天空盒時，使用它來指定帶有方向光的游戲對象，如果設置為none，場景中最亮的方向光則被指定為太陽光。

　　Environment Lighting：環境光

　　　　Source：來源

　　　　　　Skybox：天空盒

　　　　　　Gradient：梯度

　　　　　　Color：顏色

　　　　Intensity Multipl：環境光強度

　　　　Ambient Mode：環境渲染模式

　　　　　　Realtime：實時渲染

　　　　　　Baked：烘焙

　　Environment Reflections：環境反射

　　　　Source：來源

　　　　Resolution：反射成像的分辨率

　　　　Compression：壓縮

　　　　Intensity Multipl：反射強度

　　　　Bounces：彈跳；反射

2、Realtime Lighting（實時燈光）

　　Realtime Global Illumination：實時全局光照

3、Mixed Lighting（混合燈光）

　　Baked Global Illumination：烘焙全局光照

　　Lighting Mode：只在光源模式為 Mixed 時生效。

　　　　Baked Indirect：只烘焙間接光。使用此模式，光影效果最好，並且靜態物體和動態物體的光影可以混合，但是很消耗性能。該模式受Shadow Distance（QualitySettings -> Shadows -> Shadowmask Mode ->Shadow Distance）參數的影響，當視野距離超過這個值時，不顯示影 子。

　　　　Shadowmask：效果比Subtractive效果要好，缺點就是動態物體無法接受靜態物體已經烘焙好的陰影。如果我們想動態物體能夠和烘焙好的光影 信息進行混合，我們可以將模式改為Distance Shadowmask，這樣就可以實現在一定視野范圍內進行混合，但是相對來說會損耗性能。Distance Shadowmask模式受Shadow Distance（QualitySettings -> Shadows -> Shadowmask Mode ->Shadow Distance）參數的影響，這個距離 指的是視野距離，即物體距離相機的距離。Distance Shadowmask模式是在質量設置里面進行設置的（QualitySettings -> Shadows -> Shadowmask Mode -> Distance Shadowmask）。

　　　　Subtractive：效果最差，性能最好。只允許有一個主光源，當動態物體，被兩個光源照射時，只會產生一個陰影，靜態物體依然會有兩個陰影。

4.Lightmapping Settings

　　Lightmapper：光線映射器。

　　Indirect Resolution：間接光質量。

　　Lightmap Resolution：光照貼圖質量。

　　Lightmap Padding：光照貼圖間距。防止光照信息貼錯位置。

　　Lightmap Size：光照貼圖尺寸。

　　Compress Lightmaps：是否壓縮。

　　Ambient Occlusion：環境剔除。可以優化牆角等地方光影效果。環境光遮蔽是一種光照模型，它會計算像素亮度與場景中附近物體之間的關 系。它將確定何時阻止特定像素接收附近的幾何光的環境光，這樣使其亮度便會降低。當兩個均勻明亮的物體相互靠近時，它會產生基本的 變光效果。

　　　　MaxDistance：設置一個值控制射線的射程，以確定對象是否被遮擋。

　　　　Indirect Contribution：控制間接光在lightmap的強度。

　　　　DirectContribution：控制直接光在lightmap的強度。

　　Final Gather：最終聚焦。

　　　　RayCount：每個最終聚焦的點發出的射線的數目。默認是256。

　　　　Denoising：是否在最后的聚焦輸出應用去噪過濾。

　　Directional Mode：是否生成光照方向貼圖來輔助計算。

　　IndirectIntensity：間接光強度。

　　Albedo Boost：反照率增強。可以用來處理曝光現象。將模型材質的Albedo貼圖顏色調暗，將反照率加大。

　　Lightmap Parameters：光照貼圖參數。質量設置。