全局光照

基礎(chǔ)概念

現(xiàn)實生活中，光子來源于光源，它們在物體表面反彈，并繼承了物體表面的顏色，最終到達我們的眼睛。

在計算機圖形學(xué)中，全局光照 (GI) 試圖模擬那些光子彈跳的相互作用。這一模擬提升了照明的真實性并獲得更逼真的圖像。

即使在簡單的場景中，GI也能產(chǎn)生深遠的影響，如下所示:

 

沒開啟全局光                                                               開啟全局光：注意顏色出血

光到達物體表面沒有任何反彈被稱為直接照明。一旦光線從一個或多個表面上反彈，它就被稱為間接照明。因此，GI 本質(zhì)上算是間接照明。

當(dāng)光子撞擊粗糙的表面時，它會隨機地散布在周圍。這就是所謂的全局漫反射照明。當(dāng)光子撞擊堅硬的反射或折射面 (像鏡子或玻璃)，它的彈跳方向就越容易預(yù)測。因此，光子在反射/折射表面彈跳時往往“成群”結(jié)合，形成有趣的明亮圖案。這些圖案稱為焦散?？偟膩碚f，全局光照是指這兩種效果: 全局漫反射和焦散。

 

上面的圖像使用全局漫反射，而下面的圖像使用焦散。

 

焦散：

Redshift分開處理全局漫反射和焦散。

 

可以通過以下技術(shù)的組合來實現(xiàn)全局漫反射:

光子映射

暴力（蠻力、強行解算、暴力算法）

輻照緩存

輻照點云

 

另一方面,只能通過光子映射實現(xiàn)焦散。

在Redshift中，所有這些技術(shù)都被稱為"GI 引擎"。每個GI引擎有它的利弊。這些內(nèi)容將在本文中進一步列出。 

主級和次級全局光照引擎（GI引擎）

上述的技術(shù)中，只有光子映射的工作方式是模擬真實光照的，即它從光源射出光子。而其他技術(shù)的方式則相反：他們從相機發(fā)射光線，然后反彈，最終擊中燈光。

當(dāng)這些相機射線擊中一個物體，主級 GI 引擎被使用。如果全局光需要多次反彈，次級 GI 引擎將啟用。下面的圖像顯示了這是如何發(fā)生的，當(dāng)主級和次級GI引擎都啟用 "蠻力"算法時。

零 GI 反彈。照相機射線擊中墻壁 (點 "a")。主級GI引擎啟用并且射出另一條射線如圖中的紅線。這樣地板上的直接照明 (點 "B") 就會影響點 "A"。

一次 GI 彈跳。進一步說。點 "B" 使用二次 GI 引擎射出一條單一射線 (顯示藍色) 從球形收集光照。這樣, 直接照明的地板 (點 "B") 和球體 (點 "C") 就會影響點 "A"。

主要的全局光照設(shè)置

啟用GI的出發(fā)點是選擇主要和次要 GI 引擎和指定 GI 反彈的數(shù)量。

在場景中引入更多的 GI 彈跳通常會使你的光照更明亮, 渲染速度也會減慢。它也會 "沖洗" 掉些許光照。因此通常要限制彈跳的次數(shù)。

下面所示的場景包含了一些垂直的瓷磚, 其中光源來自強烈的聚光燈。最大的視覺差異為(對于這個特定的場景) 其中有的使用0次GI 反彈，有的使用1次GI反彈。值得注意的是, 這些圖像的主要 GI 引擎是輻照度緩存，次要GI引擎為輻照點云。

零次 GI 反彈，右邊的瓷磚是由中心發(fā)亮的瓷磚所照亮的。

一次 GI 反彈，右側(cè)瓷磚上的間接照明光線現(xiàn)在會反彈, 照亮左邊的瓷磚。右邊瓷磚下方的地面也收到額外的照明。

兩次 GI 反彈，左邊瓷磚的間接照明現(xiàn)在影響到他們下方的地面。相比于零次和一次 GI 彈跳的, 其效果更微妙。

 

在選擇了主要和次要的GI引擎之后, 需要對它們進行配置。詳細信息, 請參閱下面列出的主題

 

光子映射

暴力（蠻力）

輻照緩存

輻照點云

 

推薦設(shè)置

有些用戶可能會被太多的選擇所困擾，并想要最好的設(shè)置。

雖然不同的場景將有不同的要求, 但下面的參考設(shè)置可以獲得不錯的效果:

1.將主要GI引擎設(shè)置為 "暴力"

2.將次要GI引擎設(shè)置為 "輻照點云"

3.將 "GI反彈次數(shù)" 設(shè)置為2或3

4.如果場景需要焦散(有玻璃或鏡子), 請參閱“光子映射”的散焦部分。一個基本法則： 請記住下列 GI 特點：

5.包含多個 (不太強) 光源的場景通?？梢园袵I參數(shù)(射線數(shù)、采樣數(shù)等)調(diào)低

6.場景中光源極少且很亮則需要把GI參數(shù)(射線數(shù)、采樣數(shù)等)調(diào)高。例如,上面的"單點照明瓷磚" 場景需要許多光線，以獲得一個干凈的效果, 因為它幾乎完全是間接照明，而且只使用一盞強光。

7.戶外場景使用環(huán)境著色器 (如 "物理天空")照明, 通?？梢允褂孟喈?dāng)?shù)虶I參數(shù)設(shè)置

8.綜上所述：高亮度對比（明暗關(guān)系明顯）需要更高的GI參數(shù)設(shè)置, 低對比度（場景整體較亮）使用用較低的GI參數(shù)設(shè)置

未完待續(xù)

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