3D 灯光和阴影
- 前言
- 光节点

3D 灯光和阴影

前言

灯发出的光与材质混合并产生可见的结果. 光可以来自场景中的几种类型的光源:

以自发光颜色的形式从材 Material 本身发出（虽然除非烘焙贴图，否则它不会影响附近的物体）。
光节点: 方向光(Directional), 万向光(Omni), 和聚光灯(Spot).
Environment 中的环境光.
烘焙光 (参见烘焙光照贴图).

自发光颜色是材质特性. 可以在空间材质教程中阅读更多相关内容.

光节点

如前所述，有三种类型的光节点：方向光 Directional light、全向光 Omni light 、聚光 Spot light。让我们来看看光的通用参数：

它们每一个都有特定的功能:

Color(颜色) : 发光的基色.
Energy(能量) : 能量乘数. 这对于使灯光饱和或使用高动态范围光照非常有用.
Indirect Energy(间接能量) : 与间接光一起使用的次级乘数(光是会反弹的). 这适用于烘焙的光线或GIProbe(GI探针).
Negative(减色) : 光变为减色而不是添加. 手动补偿一些黑暗角落有时很有用.
Specular（镜面反射）：影响受此光影响的物体中镜面反射斑点的强度。值为零时，该光变为纯漫反射光。
Bake Mode（烘焙模式） ：设置灯光的烘焙模式。更多信息见烘焙光照贴图
剔除蒙版Cull Mask: 在下面选定的图层中的物体将受到此光的影响。请注意，通过这个遮罩禁用的对象仍然会投射阴影。如果你不希望被禁用的物体投射阴影，请将GeometryInstance上的 cast_shadow 属性调整为所需值。

阴影贴图

灯光可以可选地投射阴影. 这使它们具有更好的真实感(光线不会照到被遮挡的区域), 但它会带来更大的性能开销. 有一个通用阴影参数列表, 每个参数也有一个特定的功能:

Enabled(启用) : 勾选以启用阴影贴图.
Color(颜色) : 遮挡的区域会被乘以此颜色. 默认为黑色, 但可以更改来给阴影染色.
Bias（偏置）：当此参数太小时，阴影会打在物体自己身上。当太大时，阴影会与物体本体分开。请调整到最适合你的状态。
Contact（接触）：执行一个短促的屏幕空间光线投射，以减少上述偏置产生的间隙。接触阴影仅在使用 GLES3 后端时可用。
Reverse Cull Face: 反转表面剔除，当阴影贴图使用反转表面剔除渲染时，在某些场景表现更好。

下图是调整偏置的样子。默认值适用于大多数情况，但通常取决于几何的大小和复杂程度。

最后，如果无法解决缝隙，Contact选项会有所帮助，但以性能为代价：

任何偏置问题都可以通过提高阴影贴图分辨率来解决，尽管可能会导致性能下降。

小技巧

如果您的场景中存在阴影偏置问题，那么以下设置是个好的开始：

启用反转表面剔除Reverse Cull Face。这大大减少阴影悬浮，并防止灯光在掠过角时呈现出阴影失真。主要的缺点是，它可能会导致灯光在某些角落泄漏。另一个缺点是，那些将剔除模式设置为 Disabled的材质或将Cast Shadow设置为Double-Sided的网格实例可能会出现阴影失真。
将Bias设置为 -0.01。当Reverse Cull Face被启用时，偏置应该是负值，而当它被禁用时，应该是正值。
对于平行光，将定向阴影的 Normal Bias 设置为 0.0 ，Bias Split Scale 为 0.0。按照你的场景，可能还想进一步减少 Bias 的值到 -0.05 和 -0.1 之间。

遵循上述提示，应该可以避免阴影产生缝隙，而不必依靠接触阴影，它本身就有一些问题。如果在进行了上述调整后，阴影失真仍然存在，可以尝试在你的三维建模软件中进一步细分你的网格。

平行光

这是最常见的光线类型, 代表了很远的光源(如太阳). 它也是计算中最便宜的光, 应该尽可能使用(虽然它不是计算起来最便宜的阴影贴图, 但这点稍后再说).

平行光模拟覆盖整个场景的无限数量的平行光线。平行光节点由指示光线方向的大箭头表示。但是，节点的位置根本不会影响照明，它可以在任何地方。

每个表面的正面被光线照射，而其他部分则保持黑暗。大多数灯光类型都有特定的参数，但平行光本质上非常简单，所以它们没有。

方向光阴影贴图

为了计算阴影贴图, 会从正交视图(仅深度)渲染整个场景(或直到最大距离). 但是, 这种方法存在问题, 因为靠近相机的物体会得到块状阴影.

为了解决这个问题, 使用了名为”Parallel Split Shadow Maps”(平行分割阴影, 或PSSM)的技术. 这将视锥体分成2或4个区域. 每个区域都有自己的阴影贴图. 这允许靠近观察者的小区域具有与巨大的遥远区域相同的阴影分辨率.

有了它, 阴影变得更加详细:

为了控制PSSM, 暴露了许多参数:

每个分割距离都是相对于相机最远处(或阴影 Max Distance(最大距离) , 如果大于零)控制的, 因此 0.0 是眼睛位置, 1.0 是阴影在一定距离处结束的位置. 分割介于两者之间. 默认值通常效果很好, 但调整第一个分割数值是很常见的, 可以为近处对象提供更多细节(比如第三人称游戏中的角色).

始终确保根据场景需要设置阴影 Max Distance(最大距离) . 最大距离越近, 阴影的质量越高.

有时, 一个分割与下一个之间的过渡看起来很糟糕. 要解决此问题, 可以打开 “Blend Splits”(混合分割) 选项, 牺牲细节以换取更平滑的过渡:

当物体垂直于光线时，“Normal Bias”（法线偏置） 参数可用于修复自阴影的特殊情况。唯一的缺点是它使阴影更薄。

“Bias Split Scale”（偏置分割缩放） 参数可以控制远处分割的额外偏置。如果仅在远处的分割上发生自阴影，则此值可以修复它们。

最后, “Depth Range”(深度范围) 有两个设置:

Stable(稳定) : 在相机移动时保持阴影稳定, 并且当靠近阴影边缘时出现在轮廓中的块保持原位. 这是默认, 通常想要的设置, 但会降低有效的阴影分辨率.
Optimized(最优) : 会尝试在任何给定时间达到最大可用分辨率. 这可能会导致阴影边缘出现 “移动锯” 效果, 但同时阴影看起来更加细致(因此这种效果可能非常轻微, 可以被原谅).

尝试哪种设置更适合你的场景.

可以在“项目设置 -> 渲染 -> 质量”中更改平行光的阴影贴图大小：