Unity学习笔记 Vol.80 URP中为游戏画面设置光照

    今天的游戏会在各种不同的硬件上运行，玩家希望游戏不仅美观，还能在各种设备规格下流畅运行，而Unity通用渲染管线，具备对美术友好的工作流，可生成精美的图像，还能快速针对移动端、主机或PC等各平台进行优化。

 - 开始

- 实时方向光光照 Real-time direct lighting

- 全局照明 Global Illumination

- 反射 Reflections

- 后处理 Post-processing

- 结论

管线的关键在于多种幕后优化，综合多种因素来实现完美的一帧。下面介绍实时渲染的概念，以及Unity中常见的照明配置，帮助减轻高画面质量与性能之间的冲突。在内部制作的demo中演示实际效果。在最后，你将学习到实用的光照技巧，提升自己的项目。

首先展示如何使用Unity编辑器和通用渲染管线，然后演示怎样用方向光建立实时场景光照的基础，接着介绍如何使用全局照明实现逼真的光反射，怎样使用反射在物体间营造一种联系感，以及最后，如何使用后期处理，在不改变内容的前提下大幅改善场景。整个演示将从《Boat Attack》示例游戏中选取实际例子。详细教程请参考官方视频。

    首先需要选择一种可编程渲染管线，每个管线都有不同的强项，请根据项目目标与开发环境 选择最合适的管线，本次的目的是实现高清光照、实现高性能和广泛的平台兼容，最为合适的管线为Unity的通用渲染管线或URP。打开游戏项目，在包管理器窗口中可以看到，URP已经安装在这个项目中了，URP的目标是，在高端至低端的大部分设备上，实现高质量的实时渲染，限制光照与着色的选项，引导用户选择高性能渲染设置。

实时方向光照

    我们先来讨论光照，光照流程首先要设定实时方向光，为场景光照打下基础，为了兼顾性能，URP带有直接光。

    它只具备一部分功能，场景灯光数量可在URP资源中设定，找到Edit > Project Settings > Graphics，选中此处的 URP资源

    找到Lighting设定，可以注意到URP有一个Main Light，也就是方向光及Additional Lights数量一定用以补充主光照的局部光。顺便一提，在内置渲染管线中，Local Lights就相当于管线中的Pixel Lights。设置好主光源和局部光后，我们就可以为场景添加光照了，项目中并没有局部光，只使用了一个位于层级中的主光源。主光源可用于制作如场景的太阳光等效果，方向光最为重要的特点是会照亮特定方向的物体，意味着光的距离不会有影响，只有主光源的方向或转向设定会影响效果，设置完成后，我们现在开始能看到场景中的阴影了，阴影目前可能会消耗许多性能，任何可以投射阴影的游戏对象，比如这块岩石，都必须渲染成所谓的阴影贴图，而该贴图将用于渲染受阴影影响的对象。

Perspective Aliasing（近距锯齿）

    在方向光下，阴影贴图覆盖了大部分场景时，可能导致称作Perspective Aliasing的问题，Perspective Aliasing的意思是靠近摄像机的像素与远处的像素相比，要更大、呈现块状。

Cascaded Shadow Maps（多层次阴影贴图）

    URP使用的多层次阴影贴图可解决这个问题，多层次阴影贴图会根据区域占据的屏幕比例，在摄像机视锥中分出阴影覆盖区。多层次阴影的设定可在管线资源中修改，多层级阴影范围越大，近距锯齿的问题就越轻。但层级数量增加时，要记住渲染开销也会随之增加，但其开销依旧比全用高清阴影贴图来的小，注意，只有主光源有多层次阴影，其他光源并不会投射阴影，会成为额外光源。

全局光照

    可以看到，实时光照不仅耗费性能，使用起来也有诸多限制，因此类似光散射，光反射这类效果，在实时光照中开销巨大，但并不是不能做。Unity有一种称为烘焙式全局光照的技术，可在游戏中实现逼真的光反射，它会离线计算光的传播，使用诸如光照贴图、光线探针和反射探针等技术来储存光照。

    先讲光照贴图，光照贴图是存储光照的纹理。不论是直接光照、间接光照或阴影贴图，都可以编写进光照贴图

    不过首先我们需要设定对象为Contribute GI，选中对象，勾选Static下的Contribute GI（组成GI），只有这些对象会贴图烘焙过程中计算。我们可以访问光照设置窗口来设置光照贴图的烘焙，要想访问光照设置窗口，选择Window > Rendering >  Lighting Settings。

光照贴图

    在项目中，Baked Global Illumination（全局光照烘焙）的已经勾选，光照模式设置为Baked Indirect（烘焙式间接光），该设置下引擎会使用高清方向光，烘焙光照、生成实时光照，非常实用。我们可以四处移动方向光，不必再在开发时修改方向，其余的选项定义了光照贴图的分辨率和清晰度，我们可以设定获取光照信息，所用的样本数量，可以优化采样数，在较短时间内实现无噪烘焙，为低分辨率烘焙去噪，设置好之后，就能点击Generate Lighting按钮了。我们可以通过多种方式可视化烘焙效果。

    比如在光照窗口中，打开Baked Lightmaps一栏，烘焙后的光照贴图，甚至可以用图像编辑工具打开，例如Photoshop

    或者也可以在编辑器中，选择Baked Lightmps选项来可视化贴图，其位于场景视图左上角，选择Shaded，将显示整个烘焙后的景象，选择Baked Lightmap，则只会显示烘焙后的光照贴图纹理，在Unity中，光照贴图是渲染引擎的一部分，直接影响场景中的光照质量，包括阴影的平滑度，明暗之间的过渡。

光照探针

    之前提到，只有Static（静态）对象，会被Unity的GI系统计算，但像船这样的动态物体怎么办呢？它们要怎样接收静态物体，接收到的光反射呢？要想接收光照，光照信息必须以可快速读取的格式储存，在游戏过程中用于光照计算，在设置好氛围光与光照贴图后，我们可使用光照探针组，来照亮余下的道具和动态对象，要想创建光照探针，选择GameObject > Light > Light Probe Group。在项目中，一个探针组可以影响整个场景，该场景中的探针都设置在了赛艇的赛道上，基本上就是在水上，并且我们需要注意别让探针，出现在游戏对象的里边。

反射

    看过CG电影或玩过主机游戏的观众应该知道，这些作品通常有非常逼真的反射，反射非常重要，它会在对象之间产生一种联系感，然而，高精度反射的代价是大量的处理时间，这对于高端设备不是问题，但对低端设备影响较大，那么如何在低端设备上实现精美的反射呢？

    反射探针或称烘焙式反射探针。要创建反射探针，可选择GameObject > Light > Reflection Probe。对象如果要有反射效果，其着色器必须能访问立方体贴图的图像。

    要建立反射效果，可以选中一个对象，并勾选Static下的Reflection Probe Static，物体表面的每个点都会接收，其面向的一小块立方体贴图，即表面的法线方向。每一个静态反射探针都会影响各自的区域。局部反射探针越多，间接反射的精确度越高，它们可在较封闭的区域内，生成精确的反射效果。如果选中反射探针，类型改为Baked，会看到所有静态反射探针，都会被烘焙进该探针的贴图中，反射探针的数量不宜过多，因为它会与场景一起加载，数量过多有可能会导致游戏开始时，加载时间过长。

Post-Processing

    后期处理是指在现有渲染场景基础上，于最终渲染之前，所添加的渲染效果，效果可以立即 生成视觉反馈。URP的许多渲染和后处理属性，使用一种体积框架，效果设置会被归纳到，体积组件下的特定类别中，要想创建新体积，右击层级视图，找到Volume，从多种体积中选择创建，或者也可以选择层级视图中任意的游戏对象，点击检视器中的Add Component按钮，添加Volume组件，这里表明体积之间，可存在优先级和权重，用以确定船只在洞穴暗处与开放天空间穿梭时，各属性的混合方式。我们可使用不同的体积，如全局、局部或单镜头，来针对不同情况精细地控制渲染。因此，作为单独资源储存的体积，非常适用于测试。比如我们能复制某个体积，修改其配置，再恢复为原始配置，这样并不会有什么后果。后期处理效果可能会占用很多帧时间，因此移动设备上使用URP时，请选择对移动端友好的后期处理效果。

    后期处理的实现方法，这里不进行赘述，有兴趣的同学可以参考UP之前的专栏。