Unity光线传播体积(LPV)技术实现详解

一、LPV技术概述

光线传播体积(Light Propagation Volumes)是一种实时全局光照技术，通过将场景中的间接光信息存储在3D网格中，实现动态物体的间接光照效果。

核心优势：

• 实时性能：相比传统光照贴图，支持动态场景

• 硬件友好：适合GPU并行计算

• 中等质量：提供比SSAO更好的间接光效果

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二、LPV实现原理

1. 技术流程

graph TDA[场景捕捉] --> B[RSM生成]B --> C[光照注入]C --> D[传播计算]D --> E[最终渲染]

2. 关键数据结构

struct SHCoefficients {Vector4[] coefficients; // 球谐系数数组const int Bands = 2;    // 使用二阶球谐
};

三、核心实现代码

1. 反射阴影图(RSM)生成

void CreateRSM(Camera lightCamera) {RenderTexture rsmFlux = new RenderTexture(512, 512, 24, RenderTextureFormat.ARGBHalf);RenderTexture rsmNormal = new RenderTexture(512, 512, 24, RenderTextureFormat.ARGB2101010);lightCamera.targetTexture = rsmFlux;Shader.SetGlobalTexture("_RSM_Flux", rsmFlux);Shader.SetGlobalTexture("_RSM_Normal", rsmNormal);
}

2. 光照注入阶段

// 光照注入Compute Shader
#pragma kernel InjectLightRWTexture3D<float4> LPVGrid;
Texture2D<float4> RSM_Flux;
Texture2D<float4> RSM_Normal;[numthreads(8,8,1)]
void InjectLight (uint3 id : SV_DispatchThreadID) {float4 flux = RSM_Flux[id.xy];float3 normal = RSM_Normal[id.xy].xyz;// 计算球谐投影SHCoefficients sh = ProjectToSH(flux.rgb, normal);// 写入LPV网格LPVGrid[id.xyz] = float4(sh.coefficients[0], 1.0);
}

3. 传播计算

// 传播Compute Shader
#pragma kernel PropagateLightRWTexture3D<float4> LPVGrid;
int3 gridSize;[numthreads(4,4,4)]
void PropagateLight (uint3 id : SV_DispatchThreadID) {if(any(id >= gridSize)) return;// 收集6邻域贡献float4 accum = 0;for(int i=0; i<6; i++) {int3 neighbor = id + GetOffset(i);if(any(neighbor < 0) || any(neighbor >= gridSize)) continue;accum += LPVGrid[neighbor] * 0.1666; // 均分权重}// 写入更新后的光照LPVGrid[id.xyz] = accum;
}

四、渲染应用

1. 最终着色器

Shader "Custom/LPVReceiver" {Properties {_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}}SubShader {Pass {CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment fragsampler3D _LPV_Grid;float3 _LPV_GridSize;struct v2f {float4 pos : SV_POSITION;float3 worldPos : TEXCOORD0;};float4 frag(v2f i) : SV_Target {// 计算网格坐标float3 gridCoord = (i.worldPos - _LPV_MinBounds) / _LPV_CellSize;// 三线性采样float4 sh = tex3D(_LPV_Grid, gridCoord / _LPV_GridSize);// 重建光照float3 irradiance = EvalSH(sh);return float4(irradiance, 1.0);}ENDCG}}
}

五、性能优化

1. 分辨率控制

网格分辨率	质量	性能影响
32x32x32	低	0.5ms
64x64x64	中	2.1ms
128x128x128	高	8.4ms

2. 迭代次数优化

void UpdateLPV() {// 首帧完整计算if(firstFrame) {ExecuteFullPropagation(4);} // 后续帧增量更新else {ExecuteIncrementalPropagation(1);}
}

六、完整项目参考

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通过LPV技术，开发者可以在Unity中实现中等质量的实时全局光照效果，特别适合需要动态光照的场景。关键点在于合理平衡网格分辨率和传播迭代次数，以达到性能与质量的平衡。