一、LPV技术概述
光线传播体积(Light Propagation Volumes)是一种实时全局光照技术，通过将场景中的间接光信息存储在3D网格中，实现动态物体的间接光照效果。
核心优势：
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实时性能：相比传统光照贴图，支持动态场景
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硬件友好：适合GPU并行计算
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中等质量：提供比SSAO更好的间接光效果
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二、LPV实现原理
1. 技术流程
graph TDA[场景捕捉] --> B[RSM生成]B --> C[光照注入]C --> D[传播计算]D --> E[最终渲染]
2. 关键数据结构
struct SHCoefficients {Vector4[] coefficients; // 球谐系数数组const int Bands = 2; // 使用二阶球谐
};
三、核心实现代码
1. 反射阴影图(RSM)生成
void CreateRSM(Camera lightCamera) {RenderTexture rsmFlux = new RenderTexture(512, 512, 24, RenderTextureFormat.ARGBHalf);RenderTexture rsmNormal = new RenderTexture(512, 512, 24, RenderTextureFormat.ARGB2101010);lightCamera.targetTexture = rsmFlux;Shader.SetGlobalTexture("_RSM_Flux", rsmFlux);Shader.SetGlobalTexture("_RSM_Normal", rsmNormal);
}
2. 光照注入阶段
// 光照注入Compute Shader
#pragma kernel InjectLightRWTexture3D<float4> LPVGrid;
Texture2D<float4> RSM_Flux;
Texture2D<float4> RSM_Normal;[numthreads(8,8,1)]
void InjectLight (uint3 id : SV_DispatchThreadID) {float4 flux = RSM_Flux[id.xy];float3 normal = RSM_Normal[id.xy].xyz;// 计算球谐投影SHCoefficients sh = ProjectToSH(flux.rgb, normal);// 写入LPV网格LPVGrid[id.xyz] = float4(sh.coefficients[0], 1.0);
}
3. 传播计算
// 传播Compute Shader
#pragma kernel PropagateLightRWTexture3D<float4> LPVGrid;
int3 gridSize;[numthreads(4,4,4)]
void PropagateLight (uint3 id : SV_DispatchThreadID) {if(any(id >= gridSize)) return;// 收集6邻域贡献float4 accum = 0;for(int i=0; i<6; i++) {int3 neighbor = id + GetOffset(i);if(any(neighbor < 0) || any(neighbor >= gridSize)) continue;accum += LPVGrid[neighbor] * 0.1666; // 均分权重}// 写入更新后的光照LPVGrid[id.xyz] = accum;
}
四、渲染应用
1. 最终着色器
Shader "Custom/LPVReceiver" {Properties {_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}}SubShader {Pass {CGPROGRAM#pragma vertex vert#pragma fragment fragsampler3D _LPV_Grid;float3 _LPV_GridSize;struct v2f {float4 pos : SV_POSITION;float3 worldPos : TEXCOORD0;};float4 frag(v2f i) : SV_Target {// 计算网格坐标float3 gridCoord = (i.worldPos - _LPV_MinBounds) / _LPV_CellSize;// 三线性采样float4 sh = tex3D(_LPV_Grid, gridCoord / _LPV_GridSize);// 重建光照float3 irradiance = EvalSH(sh);return float4(irradiance, 1.0);}ENDCG}}
}
五、性能优化
1. 分辨率控制
| 网格分辨率 | 质量 | 性能影响 |
|---|---|---|
| 32x32x32 | 低 | 0.5ms |
| 64x64x64 | 中 | 2.1ms |
| 128x128x128 | 高 | 8.4ms |
2. 迭代次数优化
void UpdateLPV() {// 首帧完整计算if(firstFrame) {ExecuteFullPropagation(4);} // 后续帧增量更新else {ExecuteIncrementalPropagation(1);}
}
六、完整项目参考
通过LPV技术，开发者可以在Unity中实现中等质量的实时全局光照效果，特别适合需要动态光照的场景。关键点在于合理平衡网格分辨率和传播迭代次数，以达到性能与质量的平衡。
