光照贴图烘焙：原理、流程与优化

什么是光照贴图烘焙

光照贴图（Lightmap）是一张存储静态场景光照信息的纹理。烘焙（Baking）是指离线计算场景中的全局光照（包括直接光、间接光、阴影、颜色反弹等），并将结果保存到光照贴图中。运行时，模型通过 UV 映射采样光照贴图，获得预计算的光照效果，无需实时计算复杂光照，从而大幅提升性能。光照贴图广泛用于移动端和低端设备的游戏开发。

光照贴图的原理

烘焙过程通常使用光线追踪或辐射度算法，模拟光子在场景中的传播，计算每个表面点的入射光照。结果可以存储为：

• **光照贴图**：2D 纹理，记录漫反射光照颜色。
• **光照探针**：用于动态物体的间接光照。
• **反射探针**：记录环境反射信息。

烘焙结果与静态物体绑定，因此要求场景中的静态物体在运行时不能移动。

烘焙流程

在 Unity 和 Unreal 中，光照贴图烘焙通常包括以下步骤：

1. **标记静态物体**：将不移动的物体标记为 Static（Unity）或 Mobility 设为 Static（Unreal）。
2. **设置 UV**：确保模型有合适的第二套 UV（用于光照贴图），UV 需唯一且不重叠。
3. **配置光源**：将光源设置混合模式为 Baked 或 Mixed。
4. **调整烘焙参数**：如分辨率、间接光照强度、环境光等。
5. **开始烘焙**：引擎离线计算光照，生成光照贴图。
6. **应用**：运行时自动采样光照贴图。

光照贴图的优缺点

**优点**：

• 运行时性能高，无需实时全局光照计算。
• 光照效果逼真，支持软阴影、颜色反弹等。
• 适合移动端和低端硬件。

**缺点**：

• 只能用于静态场景，动态物体无法使用。
• 烘焙耗时，修改场景需重新烘焙。
• 光照贴图占用内存和存储空间。
• 无法响应实时变化的光照。

优化与注意事项

• **降低光照贴图分辨率**：远处或次要物体可以使用低分辨率。
• **使用光照探针**：为动态物体提供近似间接光照。
• **压缩光照贴图**：使用 ASTC、ETC2 等压缩格式减少内存。
• **合并 UV 岛**：优化 UV 布局，减少纹理空间浪费。
• **避免接缝**：确保相邻 UV 岛之间有足够填充，防止渗色。

常见问题

光照贴图和实时全局光照有什么区别？

光照贴图是离线预计算，运行时采样；实时全局光照在运行时计算，支持动态变化但性能开销大。

动态物体如何获得光照贴图的好处？

可以使用光照探针，动态物体采样附近探针，获得间接光照的近似。

为什么需要第二套 UV？

第一套 UV 可能重叠或拉伸，第二套 UV 专用于光照贴图，需要唯一且不重叠。

烘焙光照需要多久？

取决于场景复杂度、参数和硬件，可能从几分钟到几小时。

移动端必须使用光照贴图吗？

不必须，但强烈推荐，因为移动端性能有限，光照贴图可以显著提升帧率。