GI（全局光照）技术分类体系

一、预烘焙 GI（Pre-baked GI）

计算时机为编辑阶段，运行时不更新数据，仅适用于静态场景 / 物体，核心优势是性能开销极低。

1. 光照贴图（Lightmap）

• 核心逻辑：将静态物体表面的直接光 + 间接光信息烘焙到 2D 纹理（如 RGBA32 或 BC6H 压缩格式），运行时直接采样纹理获取光照值。
• 关键特性：
  • 支持 “光照组（Lightmap Group）” 拆分大场景，避免单张纹理精度不足；
  • 可结合 “光照贴图 UV 展开” 优化纹理利用率，减少拉伸失真；
  • 适合细节丰富的静态场景（如建筑、地形）。

2. 静态光照探针（Light Probes - Static）

• 核心逻辑：在场景中布置采样点，烘焙每个点的空间光照信息（用球谐函数（SH） 或立方体贴图编码），为动态物体提供间接光近似。
• 关键特性：
  • 不依赖物体表面，仅描述 “空间位置的光照状态”；
  • 动态物体通过插值周围 3-4 个探针数据，获得间接光颜色，解决动态物体与静态场景的光照融合问题；
  • 探针密度决定精度，密集区域（如室内角落）需多布置。

3. Enlighten（预计算实时 GI）

• 核心逻辑：预计算阶段生成 “辐照度传输（Irradiance Transport）数据”，运行时可修改光源参数（颜色、强度、位置），间接光会实时更新。
• 关键特性：
  • 介于 “纯预烘焙” 与 “纯实时” 之间，支持有限动态光源；
  • 曾是 Unity 5.x 时代的核心 GI 方案，后因 “预计算时间长、动态物体支持弱” 逐渐被替代；
  • 仅支持静态物体参与间接光交互，动态物体仍需依赖光照探针。

4. Shadowmask（阴影遮罩）

• 核心逻辑：烘焙静态物体的阴影信息到纹理，运行时叠加到实时光照中，避免动态光源计算静态物体阴影的开销。
• 子类与特性：
  • 硬阴影遮罩（Hard Shadowmask）：仅存储 “阴影有无”（二值化），适合低精度场景；
  • 软阴影遮罩（Soft Shadowmask）：存储阴影强度（灰度值），支持柔和阴影过渡；
  • Distance Shadowmask：按距离切换模式（近距离用实时阴影，远距离用烘焙阴影），平衡精度与性能。

 

二、实时 GI（Realtime GI）

计算时机为运行阶段，支持动态场景 / 光源（如光源移动、物体形变），核心优势是灵活性高，物理精度强。

（一）光线追踪类 GI（物理级精度）

通过模拟真实光线传播计算光照，物理正确性最高，依赖硬件加速或优化算法实现实时性。

1. 基础光线追踪算法（按复杂度递进）

（1）光线投射（Ray Casting）

• 核心逻辑：从相机向每个像素发射一条光线，仅计算光线与场景的 “最近交点”，不考虑反射 / 折射等间接光。
• 应用场景：
  • 早期伪 3D 游戏（如《Wolfenstein 3D》）；
  • 现代游戏的辅助计算（如鼠标拾取、视线检测）。

（2）递归光线追踪（Recursive Ray Tracing / Whitted-Style Ray Tracing）

• 核心逻辑：在光线投射基础上，对反射 / 透明材质发射次级光线（反射光线、折射光线），递归计算交点颜色，按材质比例叠加贡献。
• 关键特性：
  • 支持有限次数的直接反射 / 折射（通常 1-3 次）；
  • 对漫反射间接光处理简化（如忽略漫反射反弹），无法自然模拟全局光照；
  • 应用于早期影视渲染，现代游戏中极少单独使用。

（3）路径追踪（Path Tracing）

• 核心逻辑：从相机发射 “光线路径”，与物体相交后随机决定下一次反弹方向（基于材质属性），持续反弹直到光线逃逸或达到最大次数，最终颜色为多条路径的平均值。
• 关键特性：
  • 物理精度最高，可自然模拟全局光照（如颜色渗透、复杂焦散、间接漫反射）；
  • 因随机性需大量采样（路径），画面易产生噪点，依赖AI 降噪技术（如 DLSS、XeSS）；
  • 应用场景：
    • 影视级离线渲染（如《阿凡达》特效）；
    • 现代游戏实时路径追踪（如《赛博朋克 2077》“光线追踪：超速模式”）。

2. 游戏中常见的光线追踪效果（应用层面）

（1）光线追踪阴影（Ray-Traced Shadows）

• 核心逻辑：从物体表面点向光源发射阴影光线，判断是否被遮挡，生成 “像素级精确阴影”，支持软阴影（基于光源大小采样）。
• 优势：替代传统阴影贴图（避免阴影锯齿、漏光问题），应用于《Control》《使命召唤》等游戏。

（2）光线追踪反射（Ray-Traced Reflections）

• 核心逻辑：从物体表面发射反射光线，计算反射方向的场景交点颜色，生成镜面反射效果（如金属、水面、玻璃幕墙）。
• 优势：替代屏幕空间反射（SSR），解决 “屏幕外区域无反射” 的问题，应用于《Cyberpunk 2077》《Forza Horizon 5》。

（3）光线追踪折射（Ray-Traced Refractions）

• 核心逻辑：对透明 / 半透明材质（如玻璃、钻石、水），计算光线折射方向并追踪交点，模拟折射率带来的视觉偏移。
• 关键细节：支持 “色散效果”（不同波长光线折射角差异），提升真实感，应用于《UE5 Demo：Lumen in the Land of Nanite》。

（4）光线追踪全局光照（Ray-Traced Global Illumination - RTGI）

• 核心定义：广义术语，指用光线追踪计算间接光照，具体实现分两种：
  • 简化版 RTGI：仅计算 1-2 次间接光反弹（如《古墓丽影：暗影》），平衡性能与效果；
  • 完整路径追踪：支持多次反弹（如《赛博朋克 2077》超速模式），接近影视级光照质量。
• 依赖条件：必须配合硬件光线追踪（RTX/DXR）和降噪技术，否则无法实时运行。

（5）光线追踪环境光遮蔽（Ray-Traced Ambient Occlusion - RTAO）

• 核心逻辑：从物体表面点向周围发射多条 “环境光光线”，统计被遮挡的比例，模拟 “凹陷区域暗化” 效果（如墙角、物体缝隙）。
• 优势：替代传统 SSAO，避免边缘失真，支持动态物体，应用于《Battlefield 2042》。

 

三、混合实时方案（性能优先）

以 “软件计算为主、硬件加速为辅”，平衡实时性与效果，适配中高端硬件（如 PC、主机），核心是 “分层优化 + 技术融合”。

（一）距离场类 GI（SDF-based）

基于带符号距离场（SDF） 计算间接光，SDF 定义 “空间中任意点到最近物体表面的距离”，适合大场景 / 程序化关卡。

1. SDFGI（Godot 4.0+ 专属）

• 核心逻辑：
  • 预计算或实时生成场景 SDF；
  • 用 “圆锥追踪（Cone Tracing）” 从交点发射圆锥，采样 SDF 获取周围物体信息，计算间接光强度。
• 关键特性：
  • 半实时更新（光源可动态调整，遮挡物需静态）；
  • 支持无限大场景（无光照贴图尺寸限制）；
  • 局限：动态遮挡物支持弱，近距离细节精度低于光线追踪。

2. Lumen 中的 SDF 模块（UE5 辅助）

• 定位：非独立 GI 方案，仅作为 Lumen 的 “中远距离间接光工具”。
• 核心逻辑：
  • 近距离（<10 米）用 “表面缓存” 存储物体表面光照；
  • 中远距离（10-100 米）用 SDF 圆锥追踪，覆盖大空间；
  • 优势：解决 “表面缓存无法覆盖远距离” 的问题，降低显存占用。

（二）体素类 GI（Voxel-based）

将场景体素化（拆分为 3D 网格单元），在体素中存储光照信息，适合中小型静态 / 半动态场景。

VoxelGI（Godot 专属）

• 核心逻辑：
  • 将场景转换为 3D 体素网格，烘焙或实时更新每个体素的间接光强度；
  • 物体表面通过采样周围体素获取间接光。
• 关键特性：
  • 支持静态物体 “接收 + 贡献” 间接光；
  • 仅兼容 Godot 正向渲染后端；
  • 局限：
    • 体素精度决定光照细腻度（高分辨率占用显存高）；
    • 动态物体需依赖光照探针补充，大场景效率低于 SDFGI；
  • 现状：未完全被取代，仍适用于独立游戏中小型场景。

（三）屏幕空间类 GI（Screen-space based）

基于屏幕图像数据（深度图、法线图）模拟间接光，轻量化但依赖 “屏幕可见区域”，适合作为高端 GI 的兜底方案。

1. 独立 SSGI（通用技术）

• 核心逻辑：从当前像素的深度 / 法线信息出发，向周围采样相邻像素的颜色，估算间接光反弹贡献。
• 关键特性：
  • 无场景预处理，实时性强（仅依赖 GPU 像素 Shader）；
  • 局限：
    • 仅覆盖屏幕可见区域（遮挡外区域无光照，易出现 “边缘突变”）；
    • 需配合双边滤波等降噪算法，避免采样噪点。

2. 屏幕空间间接照明 SSIL（Godot 专属）

• 定位：辅助 GI 技术，不可单独使用，需配合 VoxelGI/SDFGI/LightmapGI。
• 核心逻辑：针对 “小规模细节”（如物体缝隙、凹凸表面）补充间接光，解决主 GI 方案细节不足的问题。

3. Lumen 中的 SSGI 模块（UE5 兜底）

• 定位：硬件光线追踪不可用时（如移动端、老显卡）的 “近距离间接光替代方案”。
• 核心逻辑：与硬件 RTX 动态切换 —— 支持 RTX 时用光线追踪，不支持时用 SSGI，保证跨平台兼容性。

（四）引擎专属混合方案

各引擎针对自身渲染管线定制的 “多技术整合框架”，非单一 GI 技术，而是分层协作系统。

1. Lumen（UE5 核心）

• 本质：分层协作的混合 GI 框架，整合 “表面缓存 + SDF + 辐照度体积 + RTX+SSGI”。
• 核心逻辑：

  距离范围	技术方案	目的
  近距离（<10 米）	表面缓存（Surface Cache）	保证细节精度
  中远距离（10-100 米）	SDF 圆锥追踪	覆盖大空间，降显存
  动态小物体	辐照度体积（Irradiance Volume）	提供间接光插值
  硬件支持	RTX 硬件光线追踪	加速反射 / 阴影 / 间接光
  硬件不支持	SSGI 兜底	保证跨平台兼容性

• 优势：跨平台（PC / 主机 / 移动端）、动态场景适配强（光源 / 物体可实时动）。

2. TuanjieGI（团结引擎 实验性）：团结引擎 - 手册: TuanjieGI 实时全局光照系统

• 核心逻辑：整合 “屏幕空间光线追踪 + SDF + 软件降噪”，摆脱对 RTX 硬件依赖。
• 关键特性：
  • 全实时动态响应（光源 / 物体 / 材质变化）；
  • 无需预烘焙，Windows 平台优先；
  • 现状：实验阶段，计划移植到 URP 适配移动端，精度 / 性能仍需优化。

3. HDDAGI（Godot 规划中）

• 定位：Godot 下一代 GI 方案，目标替代现有 VoxelGI/SDFGI 的局限性。
• 已知方向：
  • 强化动态遮挡物支持；
  • 降低显存占用；
  • 提升大场景计算效率；
• 现状：具体细节待 Godot 官方披露，尚未落地。

（五）实时探针技术

针对动态物体的间接光解决方案，通过 “空间采样 + 插值” 提供间接光近似。

1. 动态光照探针（Light Probes - Dynamic）

• 核心逻辑：实时更新探针数据（如动态光源移动时），响应场景光照变化。
• 局限：仅适用于小场景 / 少量动态光源，否则性能开销大；大型物体易出现光照不均。

2. Light Probe Proxy Volumes (LPPV)

• 核心逻辑：为大型动态物体（如角色、车辆）创建 “体积包围盒”，在盒内分布多个虚拟探针，通过插值虚拟探针数据获取间接光。
• 优势：解决 “单一探针无法覆盖大物体” 的光照不均问题，需与动态光照探针配合使用。

 

四、混合 GI（Mixed GI）

结合 “预烘焙” 与 “实时” 的优势，平衡性能与动态效果，是手游、主机游戏的主流方案。

1. Baked Indirect + 实时直接光

• 核心逻辑：
  • 预烘焙静态物体的间接光（存储到光照贴图 / 探针）；
  • 运行时实时计算直接光（光源照射到物体表面的光线）。
• 优势：
  • 间接光无实时开销，直接光支持动态调整（颜色、强度）；
  • 兼顾性能与动态效果，是 Unity/UE 的默认混合方案。

2. Subtractive 模式

• 核心逻辑：
  • 预烘焙静态物体的直接光 + 间接光（全静态）；
  • 动态物体仅接收实时直接光，不接收间接光。
• 优势：性能开销极低，适合低端移动端（如早期手游）；
• 局限：动态物体与静态场景光照融合差（无间接光）。

3. Shadowmask + 实时直接光

• 核心逻辑：
  • 预烘焙静态物体的阴影（存储到 Shadowmask）；
  • 运行时实时计算直接光（静态物体直接光用烘焙值，动态物体直接光实时计算）；
  • 动态物体阴影实时生成。
• 优势：平衡阴影质量与性能，适合 “静态场景 + 动态角色” 的游戏（如 MMORPG）。

 

 

 

 

Unity中的全局光照：

Unity 2022! 光照环境4 种技术!_哔哩哔哩_bilibili

1.光照贴图+反射探针+Volume自动曝光

2.光照探针：

　　跟光照贴图比，实时性提升，效果略会下降，例如少了接触阴影（AO），性能会下降，比较是实时计算的。

　　光照探针 = 记录辐照度的 “采样点网络”，辐照度则是光照探针传递的 “核心信息”—— 没有辐照度，光照探针就失去了存在的意义；而没有光照探针，动态物体就无法获取环境的辐照度信息。表面颜色 = 材质反照率 × 辐照度

　　2.1 Legacy Light Probes（旧版）：不支持实时，不支持反射，支持所有管线。需手动放置探针。每个探针会采样周围的光照信息，并将这些信息压缩存储为 3 阶球谐函数（SH）—— 这是一种用数学函数近似表示 “全方向光照” 的方式，

　　2.2 Probe Volumes（新版）：支持实时，支持反射，仅支持HDRP（未来会支持URP）。自动生成体积内密度探针网格。摒弃了低阶 SH，改用 “光照贴图切片（Light Map Tiles）” 和 “预过滤环境贴图（Prefiltered Environment Maps）” 存储光照信息

3.光线追踪(反射+阴影) + 屏幕空间GI(Ray Tracing)

4.路径追踪：非实时，帧数非常低，噪点多，需要搭配AI降噪

5.Enlighten：Enlighten 是 Unity 中用于实现 ​​实时全局光照（Realtime GI）​​ 的中间件技术，其核心实现 ​​基于软件算法（辐射度算法），现在逐渐被抛弃

 

Unity光追2019版本开始在HDPR(DX12)里支持(需要英伟达20系以上GPU)

参考：设置光线追踪 |高清渲染管线 |17.3.0 --- Set up ray tracing | High Definition Render Pipeline | 17.3.0