如何使用Unity的光照探针混合动态和静态光照？

如何使用Unity的光照探针混合动态和静态光照？

在游戏开发中，逼真的光照效果是提升沉浸感的重要因素。静态光照（Baked Lighting）能够预先计算好场景中的光照信息，实现高效且高质量的光照效果，但它无法处理动态物体的光照。动态光照（Realtime Lighting）虽然能够实时计算光照，但性能消耗较高，且效果往往不如静态光照。因此，如何将动态光照和静态光照巧妙地结合起来，既能保证性能，又能获得良好的视觉效果，是Unity游戏开发中的一个关键问题。光照探针（Light Probes）正是解决这一问题的强大工具。

光照探针本质上是在场景中离散分布的球谐函数（Spherical Harmonics, SH）样本点，它们记录了周围环境的光照信息。动态物体通过插值其周围的光照探针数据，可以获得近似的环境光照效果，从而与静态光照的场景融为一体。这种方法既避免了动态物体进行实时光照计算的性能负担，又使其能够接受来自静态光照的颜色和亮度信息，达到一种动态与静态光照混合的效果。

使用光照探针实现动态和静态光照混合的关键步骤如下：

1. 场景烘焙前的准备：

在进行光照烘焙之前，需要对场景进行仔细的准备。首先，确保静态物体（如建筑、地形等）被标记为Static，以便Unity进行光照烘焙。其次，合理设置光照参数，包括光源类型（Directional, Point, Spot）、阴影类型（Soft, Hard, No Shadows）、光照强度、颜色等。对于烘焙模式，通常选择Baked Indirect或Mixed模式。Baked Indirect模式仅烘焙间接光照，而Mixed模式则允许静态物体接收实时光照，并且动态物体可以接收静态物体的阴影（Indirect Shadows）。

选择合适的烘焙技术至关重要。Enlighten作为传统的烘焙引擎，在处理复杂场景和动态GI方面表现不错，但烘焙时间较长。Progressive Lightmapper则是一个更现代的烘焙引擎，支持实时预览和快速迭代，更适合快速开发流程。两者各有优劣，需要根据项目需求进行选择。开启Ambient Occlusion（环境光遮蔽）可以增强场景的深度感和真实感，但会增加烘焙时间。

2. 光照探针的放置与配置：

光照探针的放置是影响光照效果的关键因素。应该在场景中动态物体可能出现的区域密集地放置光照探针，而在静态物体区域则可以适当稀疏。通常情况下，在地面、走廊、房间等关键区域都需要布置光照探针。可以使用Unity提供的Light Probe Group组件创建光照探针组，方便管理和调整。

光照探针的密度直接影响插值结果的准确性。如果光照探针过于稀疏，动态物体在移动过程中可能会出现光照突变或颜色不一致的情况。反之，光照探针过于密集则会增加内存占用和性能开销。因此，需要根据场景的具体情况，找到一个合适的平衡点。可以通过观察动态物体在场景中的移动效果，并根据需要调整光照探针的密度和位置。

需要注意的是，光照探针的放置应该考虑到场景的光照变化。例如，在光线昏暗的角落，应该适当增加光照探针的密度，以便更好地捕捉光照信息。在光照变化剧烈的区域，也应该加密光照探针的分布，避免动态物体出现不自然的光照过渡。

3. 光照烘焙：

在完成光照探针的放置后，就可以进行光照烘焙了。点击Window -> Rendering -> Lighting窗口，切换到Scene标签页，配置好烘焙参数后，点击Generate Lighting按钮开始烘焙。烘焙时间取决于场景的复杂度、光照探针的数量、烘焙质量等因素。在烘焙过程中，可以实时预览烘焙进度，并根据需要调整烘焙参数。

烘焙完成后，Unity会自动生成光照贴图和光照探针数据。光照贴图用于存储静态物体的光照信息，而光照探针数据则用于动态物体的光照计算。烘焙后的场景，静态物体将呈现出高质量的光照效果，而动态物体则可以通过光照探针获得近似的环境光照效果。

4. 动态物体的配置：

要使动态物体能够使用光照探针，需要在其Mesh Renderer组件中启用Use Light Probes选项。启用该选项后，Unity会自动计算动态物体周围的光照探针数据，并将其应用于动态物体的渲染。如果动态物体使用了多个材质球，需要确保每个材质球都启用了Use Light Probes选项。

对于复杂的动态物体，可以考虑使用Light Probe Proxy Volume (LPPV)组件。LPPV组件允许将光照探针数据应用到非凸网格物体上，从而获得更准确的光照效果。通过调整LPPV组件的Resolution参数，可以控制光照探针数据的采样密度，从而影响光照效果的质量和性能。

5. 优化与调试：

光照探针的使用需要进行仔细的优化和调试，以确保达到最佳的光照效果和性能。可以利用Unity的Profiler工具，监测光照探针的性能开销，并根据需要调整光照探针的密度和位置。同时，可以使用Frame Debugger工具，查看渲染过程中的光照信息，以便发现潜在的问题。

一个常见的优化技巧是使用Light Probe Occlusion。通过开启Light Probe Occlusion，可以使动态物体在阴影区域获得更真实的遮蔽效果。但需要注意的是，Light Probe Occlusion会增加性能开销，因此需要谨慎使用。

此外，还可以使用自定义的Shader，对光照探针数据进行处理，从而实现更复杂的光照效果。例如，可以使用Shader实现光照探针数据的混合，从而在动态物体上模拟出更细腻的光照过渡效果。

6. 注意事项：

光照探针并非万能的。它们只能提供近似的环境光照效果，无法完全模拟实时光照的细节。因此，在某些情况下，可能需要结合使用实时光照和光照探针，以获得更逼真的光照效果。

另一个需要注意的问题是光照探针的更新。默认情况下，光照探针数据是在烘焙时计算的，不会动态更新。如果场景中的静态光照发生了变化，例如移动了一个光源，需要重新进行光照烘焙，才能更新光照探针数据。对于需要动态光照效果的场景，可以考虑使用实时光照或动态GI技术。

总结起来，使用Unity的光照探针混合动态和静态光照，是一种高效且灵活的方法，可以显著提升游戏的视觉效果和沉浸感。通过合理地放置和配置光照探针，并进行仔细的优化和调试，可以充分发挥光照探针的优势，打造出令人惊叹的游戏世界。