实时光线传播卷积在CryEngine3中的应用

"Light Propagation Volumes是一种在游戏开发中用于实时光线传播的技术，它主要解决了全局光照问题，提供动态且高效的环境光照明效果。本文档基于CryEngine3，由Anton Kaplanyan在2009年SIGGRAPH会议上的‘实时3D图形和游戏渲染进阶课程’中提出。文档通过实例展示了该技术的应用，包括室内和室外环境，特别是阴影区域的间接光照效果。" Light Propagation Volumes (LPV) 是游戏编程和图形学领域的一项重要技术，它允许在实时渲染中近似计算漫反射全局光照的第一反弹。全局光照是指场景中的光线如何在整个环境中反射，创造出更真实、更丰富的照明效果。由于完全计算全局光照非常计算密集，通常只能作为静态的预计算解决方案，这会增加游戏制作的时间成本。 Anton Kaplanyan提出的LPV方法引入了球谐函数（Spherical Harmonics, SH）辐射体积来构建光场，以实现动态的全局光照解决方案。球谐函数是一种数学工具，能够有效地近似复杂表面的光照分布。通过将光线传播信息编码到SH中，LPV可以在不显著影响性能的情况下，为游戏场景提供动态变化的光照效果。 文档中提到的例子对比了使用LPV前后的场景效果，如Cornell Box样式的环境、没有全局光照的室内环境、使用全局光照的室内环境以及带有植被的室外环境。这些例子特别突出了LPV在阴影区域的间接光照表现，即即便在阴影中，物体也能接收到周围环境反射的光线，增加了视觉深度和真实感。 在CryEngine3中，LPV技术可能涉及到以下步骤： 1. **光线追踪**：模拟光线在场景中的传播，计算每个表面的光照贡献。 2. **SH编码**：将计算得到的光照信息转换为SH系数，以节省存储空间和计算资源。 3. **体积网格**：创建一个体素网格，存储SH系数，形成光传播体积。 4. **动态更新**：当光源或物体移动时，LPV会实时更新SH系数，确保光照效果与场景同步。 5. **采样和插值**：在渲染过程中，根据物体位置从体积网格中采样和插值SH系数，计算最终的光照颜色。 Light Propagation Volumes技术是游戏图形学中一个重大突破，它克服了传统全局光照计算的限制，为游戏带来了更高质量的实时光照效果，同时保持了良好的性能。在现代游戏中，LPV技术的原理和变体仍然被广泛使用，尤其是在追求逼真度和沉浸感的游戏体验中。