Unity光照相关知识和实践 （烘焙光照，环境光设置，全局光照）

简介

本文将会通过一个简单的场景搭建，介绍如何使用烘焙光照以及相关的注意事项。另外还介绍了Unity内全局光照（GI）的知识和GI实际在游戏内的表现效果。

Unity关于光照相关的参考文档地址：https://docs.unity.cn/cn/current/Manual/LightingOverview.html

下面是一些基本的概念

直接光照和间接光照

直接光照指的是，光源照射到物体表面后仅经过一次反射后进入到相机中的光照信息。大多数情况下，相机内接收到的光都是来自于直接光。

间接光照则是光源经过多次的反射后进入到相机中的光照信息，一般需要借助全局光照（GI）或者反射探针来实现。

三种光照模式

实时(Realtime)光照：默认创建的光照类型都是该类型，实时光照会在运行时的每一帧进行光照计算。并且可以自由地修改物体和光源的位置和属性。

烘焙(Baked)光照：烘焙光照，是Editor提前在场景中进行光照计算，生成对应的光照数据，这个过程就叫烘焙，后续在游戏运行时，不会再对该类型的光照进行计算，而是直接从光照贴图中获取数据。该光照适用于场景中静态的光照和物体。

混合(Mixed)光照：可以在烘焙的过程中生成对应的光照信息。在运行时会将烘焙的光照信息和实时的光照信息叠加在一起。并且可以在运行时修改光源信息，不过这些修改仅会影响实时光照部分计算的结果。不影响原先的烘焙结果。同时混合光照记录的信息，会受到光照设置中Mixed Lighting的Lighting Mode选项影响

关于烘焙光照的实践

1.测试场景搭建

首先创建一个测试场景，为了避免天空盒和背景对最终光照结果的影响，将相机的BackgroundType改成SolidColor，设置Background颜色设为纯黑色

之后打开Window->Rendering->Lighting 设置界面

选择Environment将Environment Lighting的Source设置为Color，Ambient Color设置为全黑色

Environment Reflections 的Intensity Multiplier设置为0

之后在场景内放置一个平面和两个胶囊体。其中StaicPlane和StaticCapsule（静态胶囊体）均勾选右上角的Static选项

场景内默认的平行光命名为TestLight，然后复制一个TestLigth改名为RealTimeLight，并且将RealTimeLight的Active设置为False。这时可以看到以下的一个画面

如果将TestLight的Active也设置为false可以看到整个画面变成了全黑的。说明此时游戏内的物体已经不受环境光的影响

之后恢复TestLight的Active为true。这时候可以做一个小实验，将TestLight的Mode由RealTime改为Baked和Mixed

修改完后可以尝试运行该场景。可以发现一个神奇的现象，不同光照模式下Game视图下看到的画面均是相同的，画面如下。原因是此时并没有进行光照的烘焙，在没有任何烘焙信息的情况下，无论选什么模式，场景内的光源都是实时光。

2.烘焙光照

将TestLight的Mode选择为Baked。然后打开Lighting设置界面，在Scene选项下，点击New Lighting Settings

创建一个光照配置，这里命名为LightSceneSetting

然后切换到BakedLightMaps选项下，此时LightingDataAsset为空，点击底部的GenerateLighting

可以看到Editor底部出现一个蓝色的进度条，代表正在进行光照的烘焙

等待蓝色进度条结束后，可以看到在Scenes目录下，会自动创建一个跟当前进行烘焙的场景同名的文件夹，并且文件夹内生成了LightingData，两个LightMap和一个ReflectionPro

之后查看Game界面，发现画面中DynamicCapsule(动态胶囊体)消失了

原因是烘焙光照只会烘焙设置为Static的物体。所以只有StaticPlane和DynamicCapsule受到了BakedLight的光照影响。

之后进行以下的几个测试，查看画面中的变化

• 将TestLight的Active设置为fasle，发现画面没有产生任何改变。原因是，经过烘焙之后，受到烘焙影响的物体，会直接从LightMap中获取自己的光照信息，并且不关心原来的光源TestLight的active是否是true

• 将原先RealTimeLight的Active设置为True，可以看到DynamicCapsule出现了，并且他的颜色明显要比左边的StaticCapsule要暗一些。因为DynamicCapsule仅受到了实时光的影响，而StaticCapsule则是叠加了烘焙光和实时光

• 将TestLight的Active重新设置为true之后，修改TestLight的Mode，将其改成RealTime或者Mixed。画面同样没有任何改变。原因是烘焙信息会记录哪些光参与了烘焙，在之后的渲染中，该光照就不再参与实时光照的计算。

关闭RealTimeLight,将Static Capsule的位置为(0,1.5,0)修改为（-2,1.5,0），角度由（0,0,0）修改为(0,180,90)

可以看到一个有趣的现象，StaticCapsule显示的位置改变了，但是原先的背光面旋转到正面之后还是特别的暗，包括底部的阴影位置和大小都没有产生改变，还是跟未移动之前相同

之后在Lighting界面重新点击GenerateLighting

等待蓝色进度条完成后可以看到光照和阴影全部都恢复正常了。所以如果静态物体位置产生改变之后需要重新进行烘焙，才会获得正确的烘焙纹理

关于全局光照的实践

1.测试场景搭建

在之前创建的测试场景上进行修改，先新建一个URP/Lit材质，将颜色改成为红色，金属度改成0，光滑度改成1

为了效果更加明显，将场景内的光照的Intensity设置为2(Intensity代表光线的强度)，Indirect Multiplier设置为3（Indirect Multiplier间接反射系数代表每次间接光反射之后的强度变化，该值小于1，则每次反射之后光照强度就会减小，大于1则是反射之后变强）

然后创建一个立方体（LeftCube），将刚刚的红色材质赋值给立方体，然后将其设置为Static，再按照下图进行摆放。

画面中的胶囊体，上面是静态胶囊体，下面是动态胶囊体。

2.烘焙全局光照

先确保Lighting设置Scene选项卡的Baked Global Illumination处于勾选状态

场景只打开一个Baked光源TestLight。

之后点击Lighting设置中Baked Lighitingmap的Generate Lighting按钮。等待烘焙进度条结束。结束之后可以看到上面的静态胶囊体靠近墙面的部分有些许红色。这个红色就是由左侧的立方体反射出来的间接光，下方的动态胶囊体没有参与烘焙的过程所以现在整个是黑色

之后打开另外一个实时光RealTimeLight

下方的动态胶囊出现在画面中，但是胶囊体左侧依旧是黑色的。

3.实时全局光照

将Lighting设置Scene选项卡中的Realtime Global Illumination勾选框打开

关闭烘焙光源TestLight开打实时光源RealTimeLight

之后点击BakedLightmaps的Generate Lighting按钮。由于此时没有处于激活状态的烘焙光源，所以BakedLightmap是一个全黑的图片

静态胶囊体左侧也变成了黑色，没有受到左侧红色立方体的影响

之后点击Realtime Lightingmaps选项卡的Generate Lighting按钮，等待进度条结束。可以看到上面的静态胶囊体左侧出现了红色，动态胶囊体的左侧依旧是黑色的。说明实时全局光照同样是只对静态物体有效。

这时候可以尝试修改实时光照的角度，Intensity和Indirect Multiplier。在不重新生成Realtime lightmaps的情况下，可以看到场景内的静态物体的直接光照和间接光照均会实时受到影响。

但是如果修改静态物体的旋转角度，将静态胶囊体绕Z轴旋转180度，原先左侧靠近红色立方的的半边旋转到右侧。

环境光设置

环境光的设置在Lighting-Environment选项卡内

下表是Unity关于Environment各个属性的说明

属性：		功能：
Skybox Material		天空盒是一种材质，它出现在场景中的所有其他对象后方，用于模拟天空或其他遥远的背景。使用此属性可选择要用于场景的天空盒。默认值是内置的默认天空盒 (Default Skybox)。
Sun Source		当天空盒材质是Procedural 天空盒时，使用此设置指定具有定向光源组件的游戏对象，用来指示太阳的方向（或任何大型、遥远的照亮当前场景的光源）。如果将其设置为“None”，则假定场景中最亮的定向光代表太阳。渲染模式属性设置为“Not Important ”的光源不会影响天空盒。默认值为无。 有关渲染模式设置的更多信息，请参阅Lights的其他设置部分。
Realtime Shadow Color		定义 Unity 用于在 Subtractive 光照模式下渲染实时阴影的颜色。 此设置仅在__Lighting Mode__ 设置为 Subtractive 时可见。
Environment Lighting		此部分包含可影响当前场景中的环境光的设置。
Source		使用此属性可定义场景中环境光的光源颜色。默认值为 Skybox。
	Skybox	使用 Skybox Material 中设置的天空盒颜色来确定来自不同角度的环境光。这可以实现比 Gradient 更精细的效果。
	Gradient	可为来自天空、地平线和地面的环境光选择单独的颜色，并在它们之间平滑混合。
	Color	对所有环境光使用单调颜色。
Intensity Multiplier		使用此属性可设置场景中环境光的亮度，定义为 0 到 8 之间的值。默认值为 1。
Environment Reflections		此部分包含反射探针烘焙的全局设置，以及影响全局反射的设置。
Source		Use this setting to specify whether you want to use the Skybox for reflection effects, or a Cubemap of your choice. The default value is Skybox.
	Skybox	选择此选项可使用天空盒作为反射源。
	Custom	选择该选项后，可以选择Cubemap,或者Dimmension设置为Cube的RenderTexture，用于进行反射。
Resolution		使用此属性可设置用于反射的天空盒的分辨率。仅当 Source 设置为 Skybox 时，此属性才可见。
Cubemap		用于进行反射的Cubemap,该属性只在反射的Source设置为Custom是有效
Compression		使用此属性可定义是否压缩反射纹理。默认设置是 Auto。
	Auto	如果压缩格式合适，则压缩反射纹理。
	Uncompressed	反射纹理以非压缩状态存储在内存中。
	Compressed	压缩纹理。
Intensity Multiplier		反射源在反射对象中可见的程度。
Bounces		当来自一个对象的反射随后被另一个对象反射时，便发生反射反弹。使用此属性可设置反射探针评估对象之间来回反弹的次数。如果设置为 1，则 Unity 只会考虑初始反射（来自 Reflection Source 属性中指定的天空盒和立方体贴图）。

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