Unity光照模式的總結

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前言

近日在琢磨Demo應該選擇怎樣的光照模式，遂做了個試驗：對比在同一場合下，各種模式的情況。故以此文記錄之（版本爲2019.2、平臺爲Standalone、渲染管線爲Builtin）。

環境光

環境光(Ambient)嚴格來說並不是一種光照，它只是單純的爲所有顯示元素上色罷了。可以理解爲2D遊戲便是有個(255, 255, 255)環境光。可於**(Window → Rendering → Lighting Settings)**下的Environment Lighting進行設置。

　　環境光是無論如何都需要的，一般用於決定畫面的底色。下圖便是用了白色的效果：

　　看到上圖便能理解我說的「環境光嚴格來說並不是一種光照」，畢竟連影子都沒有，整個畫面顯得很單薄。但事實上在早期、以及現在一些不依賴光影的遊戲是有這種做法的。它們一般會採用類似2D遊戲的做法，在素材層面解決各種顯示效果問題。對於不依賴光影、強調美術的絕對控制的遊戲，使用純環境光是個方案。
　　順帶一提，在Environment Lighting設置下的Gradient與Skybox模式有着不一樣的效果，屬於更高級的環境光實現。

實時光

實時光(Realtime)顧名思義，就是每時每刻都在進行的光照。在Light組件的Mode屬性設置爲Realtime即是。實時光的優缺點很明顯，如下：

• 優點
  • 遊戲時可隨時改變光照的狀態，即刻產生反應
  • 隨取隨用，無需烘焙
  • 光照效果最好
• 缺點
  • 在正向渲染(Forward Rendering)下，畫面同時出現多個光照時，開銷較大
  • 爲了節能，某些設備、設置下，光照的數量有限

實時光一般就是開箱即用到的光照，效果如下：

　　可以看得出，各項消耗指標都比純環境光要高，而該場景只有三項光照（平行光1個、聚光燈2個）。故一般遊戲都不會如此奢侈，會採用各種手段來達到相同的效果。
　　而以上卻還不是效果的極致，還差個全局光照(Global Illumination)呢。剛纔所見的光照只是「直接的光照」罷了，它只會考慮到照到了誰便處理誰，沒有從全局的角度去考慮。在開啓全局光照後，除了直接光照之外，還會產生物件之間相互反射的間接光照。效果如下：

　　從畫面效果來看變得更爲深邃了，牆壁與地板都有了反射後的光漬，而各項指標實際上與局部並無不同（疑似）。使用它的前提是要在上文的Lighting Settings下開啓Realtime Global Illumination，並且爲靜態物件做好Static標記。具體實現細節請自行查閱官方文檔，在此不表。
　　當然，這並不代表全局光照優於局部光照，就比如有些遊戲的畫面風格並不喜歡那些全局光照帶來的光漬。還是要看想要怎樣的美術效果。

烘焙光

烘焙光(Baked)可謂實時光的反面：根據光照信息預先渲染成貼圖，最後蓋到場景上。這個「根據光照信息預先渲染成貼圖」的過程，是爲烘焙。而烘焙的類型、算法、設置有着多樣化的選擇，直接影響烘焙的時長、效果、貼圖大小與數量。也因烘焙的特性，只適用於靜態物件（標記爲Static的對象）。優缺點如下：

• 優點
  • 部分渲染元素（取決於烘焙類型）沒有實時運行的開銷
  • 屬於全局光照，擁有間接光
• 缺點
  • 光照屬性不能運行時修改
  • 動態物件不受影響
  • 烘焙耗時

烘焙類型主要分三種，效果如下：

Subtractive: 全烘焙

Shadowmask: 烘焙陰影與間接光

Backed Indirect: 只烘焙間接光

可以看到效果是一個比一個好，但性能卻是一個比一個耗。並且可以看出，由於烘焙設置的問題，效果是不如實時光的。而通過設置達到最優的話，烘焙時長則又是個問題了，魚和熊掌不可兼得啊（砸錢便能我全都要）。
　　對於Subtractive，只需把Light組件的Mode屬性設置爲Baked即可。對於其餘兩種，實際上是一種實時光+烘焙光的混合方案，則需設置爲Mixed。由於動態對象不受烘焙光影響的特性，Subtractive下的膠囊仔直接跟純環境光時一個樣了。解決方案有很多種，如採用Mixed方案（靜態物件烘焙光、動態物件實時光）、Light Probes等。
　　順帶一提，關於Shadowmask，在陰影設置中可調爲Distance Shadowmask。如此將取決於陰影距離的設置，在陰影距離內的陰影，將採用實時陰影，距離之外的則是烘焙陰影。也算是一種提升品質的方式吧。
　　烘焙光在業界的應用相當廣泛，其中Subtractive式烘焙在早期遊戲與現代手遊可謂家常便飯，妥善使用Light Probes也能達到不俗的效果。

後記

以上只是本人粗略的實驗與記錄，實際上光照的內容浩如煙海，遠非本篇所能涵蓋。在光照方面本人也只能算是初學者，有所不對還請海涵，並歡迎指教。