全局光照

基础概念

现实生活中，光子来源于光源，它们在物体表面反弹，并继承了物体表面的颜色，最终到达我们的眼睛。

在计算机图形学中，全局光照 (GI) 试图模拟那些光子弹跳的相互作用。这一模拟提升了照明的真实性并获得更逼真的图像。

即使在简单的场景中，GI也能产生深远的影响，如下所示:

 

没开启全局光                                                               开启全局光：注意颜色出血

光到达物体表面没有任何反弹被称为直接照明。一旦光线从一个或多个表面上反弹，它就被称为间接照明。因此，GI 本质上算是间接照明。

当光子撞击粗糙的表面时，它会随机地散布在周围。这就是所谓的全局漫反射照明。当光子撞击坚硬的反射或折射面 (像镜子或玻璃)，它的弹跳方向就越容易预测。因此，光子在反射/折射表面弹跳时往往“成群”结合，形成有趣的明亮图案。这些图案称为焦散。总的来说，全局光照是指这两种效果: 全局漫反射和焦散。

 

上面的图像使用全局漫反射，而下面的图像使用焦散。

 

焦散：

Redshift分开处理全局漫反射和焦散。

 

可以通过以下技术的组合来实现全局漫反射:

光子映射

暴力（蛮力、强行解算、暴力算法）

辐照缓存

辐照点云

 

另一方面,只能通过光子映射实现焦散。

在Redshift中，所有这些技术都被称为"GI 引擎"。每个GI引擎有它的利弊。这些内容将在本文中进一步列出。 

主级和次级全局光照引擎（GI引擎）

上述的技术中，只有光子映射的工作方式是模拟真实光照的，即它从光源射出光子。而其他技术的方式则相反：他们从相机发射光线，然后反弹，最终击中灯光。

当这些相机射线击中一个物体，主级 GI 引擎被使用。如果全局光需要多次反弹，次级 GI 引擎将启用。下面的图像显示了这是如何发生的，当主级和次级GI引擎都启用 "蛮力"算法时。

零 GI 反弹。照相机射线击中墙壁 (点 "a")。主级GI引擎启用并且射出另一条射线如图中的红线。这样地板上的直接照明 (点 "B") 就会影响点 "A"。

一次 GI 弹跳。进一步说。点 "B" 使用二次 GI 引擎射出一条单一射线 (显示蓝色) 从球形收集光照。这样, 直接照明的地板 (点 "B") 和球体 (点 "C") 就会影响点 "A"。

主要的全局光照设置

启用GI的出发点是选择主要和次要 GI 引擎和指定 GI 反弹的数量。

在场景中引入更多的 GI 弹跳通常会使你的光照更明亮, 渲染速度也会减慢。它也会 "冲洗" 掉些许光照。因此通常要限制弹跳的次数。

下面所示的场景包含了一些垂直的瓷砖, 其中光源来自强烈的聚光灯。最大的视觉差异为(对于这个特定的场景) 其中有的使用0次GI 反弹，有的使用1次GI反弹。值得注意的是, 这些图像的主要 GI 引擎是辐照度缓存，次要GI引擎为辐照点云。

零次 GI 反弹，右边的瓷砖是由中心发亮的瓷砖所照亮的。

一次 GI 反弹，右侧瓷砖上的间接照明光线现在会反弹, 照亮左边的瓷砖。右边瓷砖下方的地面也收到额外的照明。

两次 GI 反弹，左边瓷砖的间接照明现在影响到他们下方的地面。相比于零次和一次 GI 弹跳的, 其效果更微妙。

 

在选择了主要和次要的GI引擎之后, 需要对它们进行配置。详细信息, 请参阅下面列出的主题

 

光子映射

暴力（蛮力）

辐照缓存

辐照点云

 

推荐设置

有些用户可能会被太多的选择所困扰，并想要最好的设置。

虽然不同的场景将有不同的要求, 但下面的参考设置可以获得不错的效果:

1.将主要GI引擎设置为 "暴力"

2.将次要GI引擎设置为 "辐照点云"

3.将 "GI反弹次数" 设置为2或3

4.如果场景需要焦散(有玻璃或镜子), 请参阅“光子映射”的散焦部分。一个基本法则： 请记住下列 GI 特点：

5.包含多个 (不太强) 光源的场景通常可以把GI参数(射线数、采样数等)调低

6.场景中光源极少且很亮则需要把GI参数(射线数、采样数等)调高。例如,上面的"单点照明瓷砖" 场景需要许多光线，以获得一个干净的效果, 因为它几乎完全是间接照明，而且只使用一盏强光。

7.户外场景使用环境着色器 (如 "物理天空")照明, 通常可以使用相当低GI参数设置

8.综上所述：高亮度对比（明暗关系明显）需要更高的GI参数设置, 低对比度（场景整体较亮）使用用较低的GI参数设置

未完待续

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