Unreal Engine开发：Unreal Engine基础入门_（9）.光照与阴影-优快云博客

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光照与阴影

1. 光照的基本概念

在Unreal Engine中，光照是指模拟现实世界中光源对场景中物体的影响。光照可以为场景添加真实感，使物体看起来更加自然。Unreal Engine提供了多种类型的光源，包括定向光（Directional Light）、点光源（Point Light）、聚光灯（Spot Light）和天空光照（Sky Light）。

1.1 定向光（Directional Light）

定向光模拟的是来自无限远的光源，例如太阳。这种光源的特点是光线是平行的，因此对所有物体的影响是一致的。

示例：添加定向光

打开Unreal Engine编辑器，创建一个新的关卡。
在“模式”面板中选择“光源”类别。
从列表中拖动“定向光”到关卡中。
选中定向光，在“详细信息”面板中可以调整光源的方向、颜色和强度等属性。


// 示例代码：通过蓝图脚本添加定向光

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 创建定向光

    ADirectionalLight* DirectionalLight = GetWorld()->SpawnActor<ADirectionalLight>(ADirectionalLight::StaticClass(), FVector(0, 0, 1000), FRotator(-45, 0, 0));



    // 设置光源的颜色和强度

    DirectionalLight->SetLightColor(FLinearColor(1.0f, 1.0f, 1.0f));

    DirectionalLight->SetIntensity(1.0f);

}

2. 点光源（Point Light）

点光源是位于场景中的一个点，从该点向四周发射光线。这种光源适用于模拟电灯泡或烛光等近距离光源。

2.1 点光源的属性

位置（Location）：光源在场景中的坐标。
颜色（Color）：光源的颜色。
强度（Intensity）：光源的亮度。
衰减半径（Attenuation Radius）：光源影响的范围。

示例：添加点光源

打开Unreal Engine编辑器，创建一个新的关卡。
在“模式”面板中选择“光源”类别。
从列表中拖动“点光源”到关卡中。
选中点光源，在“详细信息”面板中可以调整光源的位置、颜色、强度和衰减半径等属性。


// 示例代码：通过蓝图脚本添加点光源

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 创建点光源

    APointLight* PointLight = GetWorld()->SpawnActor<APointLight>(APointLight::StaticClass(), FVector(500, 500, 500), FRotator(0, 0, 0));



    // 设置光源的颜色和强度

    PointLight->SetLightColor(FLinearColor(1.0f, 0.8f, 0.6f));

    PointLight->SetIntensity(5000.0f);



    // 设置衰减半径

    PointLight->SetAttenuationRadius(1000.0f);

}

3. 聚光灯（Spot Light）

聚光灯是一种具有特定方向和角度的光源，适用于模拟手电筒或舞台灯光等。聚光灯的光线形成一个锥形区域，只有在该区域内的物体才能受到光照的影响。

3.1 聚光灯的属性

位置（Location）：光源在场景中的坐标。
方向（Direction）：光源的朝向。
颜色（Color）：光源的颜色。
强度（Intensity）：光源的亮度。
内锥角（Inner Cone Angle）：内锥角度，光线最强的区域。
外锥角（Outer Cone Angle）：外锥角度，光线开始衰减的区域。

示例：添加聚光灯

打开Unreal Engine编辑器，创建一个新的关卡。
在“模式”面板中选择“光源”类别。
从列表中拖动“聚光灯”到关卡中。
选中聚光灯，在“详细信息”面板中可以调整光源的位置、方向、颜色、强度、内锥角和外锥角等属性。


// 示例代码：通过蓝图脚本添加聚光灯

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 创建聚光灯

    ASpotLight* SpotLight = GetWorld()->SpawnActor<ASpotLight>(ASpotLight::StaticClass(), FVector(500, 500, 500), FRotator(-45, 0, 0));



    // 设置光源的颜色和强度

    SpotLight->SetLightColor(FLinearColor(0.8f, 0.6f, 0.4f));

    SpotLight->SetIntensity(1000.0f);



    // 设置内锥角和外锥角

    SpotLight->SetInnerConeAngle(15.0f);

    SpotLight->SetOuterConeAngle(30.0f);

}

4. 天空光照（Sky Light）

天空光照模拟的是天空对场景的光照效果，通常用于室外场景。它可以通过环境立方体贴图或球体贴图来提供全局光照。

4.1 天空光照的属性

光源类型（Light Source Type）：可以选择环境立方体贴图（Captured Scene）或球体贴图（Spherical Environment Map）。
强度（Intensity）：光源的亮度。
捕获设备（Capture Device）：选择用于捕获环境的设备，例如静态捕获或动态捕获。

示例：添加天空光照

打开Unreal Engine编辑器，创建一个新的关卡。
在“模式”面板中选择“光源”类别。
从列表中拖动“天空光照”到关卡中。
选中天空光照，在“详细信息”面板中可以调整光源类型、强度和捕获设备等属性。


// 示例代码：通过蓝图脚本添加天空光照

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 创建天空光照

    ASkyLight* SkyLight = GetWorld()->SpawnActor<ASkyLight>(ASkyLight::StaticClass(), FVector(0, 0, 0), FRotator(0, 0, 0));



    // 设置光源类型和强度

    SkyLight->SetLightSourceMode(ELightSourceMode::LSM_CapturedScene);

    SkyLight->SetIntensity(1.0f);



    // 设置捕获设备

    USkyLightComponent* SkyLightComponent = SkyLight->GetSkyLightComponent();

    if (SkyLightComponent)

    {

        SkyLightComponent->SetSourceCubemap(UTextureCube::StaticClass());

    }

}

5. 光照模式

Unreal Engine提供了多种光照模式，包括静态光照（Static Lighting）、固定光照（Stationary Lighting）和动态光照（Dynamic Lighting）。不同的光照模式会影响光照的计算方式和性能。

5.1 静态光照（Static Lighting）

静态光照是预计算的光照，适用于不经常变化的场景。这种模式下，光照效果会烘焙到光照贴图中，因此性能较高，但无法实时改变。

示例：设置静态光照

在场景中添加一个静态光源，例如定向光。
选中光源，在“详细信息”面板中将“光源移动性”设置为“静态（Static）”。
选择“构建”菜单中的“生成光照”选项，烘焙光照效果。


// 示例代码：通过蓝图脚本设置光源移动性为静态

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 创建定向光

    ADirectionalLight* DirectionalLight = GetWorld()->SpawnActor<ADirectionalLight>(ADirectionalLight::StaticClass(), FVector(0, 0, 1000), FRotator(-45, 0, 0));



    // 设置光源移动性为静态

    DirectionalLight->SetMobility(EComponentMobility::Static);

}

5.2 固定光照（Stationary Lighting）

固定光照是一种介于静态和动态之间的光照模式。它可以在编辑器中预计算，但可以在运行时进行部分修改。这种模式适用于需要在运行时进行少量变化的场景。

示例：设置固定光照

在场景中添加一个固定光源，例如点光源。
选中光源，在“详细信息”面板中将“光源移动性”设置为“固定（Stationary）”。
选择“构建”菜单中的“生成光照”选项，烘焙光照效果。


// 示例代码：通过蓝图脚本设置光源移动性为固定

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 创建点光源

    APointLight* PointLight = GetWorld()->SpawnActor<APointLight>(APointLight::StaticClass(), FVector(500, 500, 500), FRotator(0, 0, 0));



    // 设置光源移动性为固定

    PointLight->SetMobility(EComponentMobility::Stationary);

}

5.3 动态光照（Dynamic Lighting）

动态光照是完全在运行时计算的光照模式。它适用于需要频繁变化的场景，例如角色的灯光效果。这种模式下，光照效果可以实时改变，但性能较低。

示例：设置动态光照

在场景中添加一个动态光源，例如聚光灯。
选中光源，在“详细信息”面板中将“光源移动性”设置为“动态（Dynamic）”。


// 示例代码：通过蓝图脚本设置光源移动性为动态

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 创建聚光灯

    ASpotLight* SpotLight = GetWorld()->SpawnActor<ASpotLight>(ASpotLight::StaticClass(), FVector(500, 500, 500), FRotator(-45, 0, 0));



    // 设置光源移动性为动态

    SpotLight->SetMobility(EComponentMobility::Dynamic);

}

6. 阴影的基本概念

阴影是指物体挡住光线后形成的暗区。在Unreal Engine中，阴影可以通过多种方式生成，包括静态阴影、固定阴影和动态阴影。

6.1 静态阴影（Static Shadows）

静态阴影是预计算的阴影，适用于不经常变化的场景。这种模式下，阴影会烘焙到光照贴图中，因此性能较高，但无法实时改变。

示例：设置静态阴影

在场景中添加一个静态光源，例如定向光。
选中光源，在“详细信息”面板中将“光源移动性”设置为“静态（Static）”。
选中需要投射阴影的物体，在“详细信息”面板中将“投射阴影”设置为“启用（Enabled）”。
选择“构建”菜单中的“生成光照”选项，烘焙阴影效果。


// 示例代码：通过蓝图脚本设置物体投射静态阴影

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 创建静态光源

    ADirectionalLight* DirectionalLight = GetWorld()->SpawnActor<ADirectionalLight>(ADirectionalLight::StaticClass(), FVector(0, 0, 1000), FRotator(-45, 0, 0));

    DirectionalLight->SetMobility(EComponentMobility::Static);



    // 创建一个物体

    AStaticMeshActor* StaticMeshActor = GetWorld()->SpawnActor<AStaticMeshActor>(AStaticMeshActor::StaticClass(), FVector(0, 0, 0), FRotator(0, 0, 0));

    UStaticMeshComponent* StaticMeshComponent = StaticMeshActor->GetStaticMeshComponent();



    // 启用投射阴影

    if (StaticMeshComponent)

    {

        StaticMeshComponent->SetCastShadow(true);

    }

}

6.2 固定阴影（Stationary Shadows）

固定阴影是一种介于静态和动态之间的阴影模式。它可以在编辑器中预计算，但可以在运行时进行部分修改。这种模式适用于需要在运行时进行少量变化的场景。

示例：设置固定阴影

在场景中添加一个固定光源，例如点光源。
选中光源，在“详细信息”面板中将“光源移动性”设置为“固定（Stationary）”。
选中需要投射阴影的物体，在“详细信息”面板中将“投射阴影”设置为“启用（Enabled）”。
选择“构建”菜单中的“生成光照”选项，烘焙阴影效果。


// 示例代码：通过蓝图脚本设置物体投射固定阴影

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 创建固定光源

    APointLight* PointLight = GetWorld()->SpawnActor<APointLight>(APointLight::StaticClass(), FVector(500, 500, 500), FRotator(0, 0, 0));

    PointLight->SetMobility(EComponentMobility::Stationary);



    // 创建一个物体

    AStaticMeshActor* StaticMeshActor = GetWorld()->SpawnActor<AStaticMeshActor>(AStaticMeshActor::StaticClass(), FVector(0, 0, 0), FRotator(0, 0, 0));

    UStaticMeshComponent* StaticMeshComponent = StaticMeshActor->GetStaticMeshComponent();



    // 启用投射阴影

    if (StaticMeshComponent)

    {

        StaticMeshComponent->SetCastShadow(true);

    }

}

6.3 动态阴影（Dynamic Shadows）

动态阴影是完全在运行时计算的阴影，适用于需要频繁变化的场景，例如角色的阴影效果。这种模式下，阴影效果可以实时改变，但性能较低。

示例：设置动态阴影

在场景中添加一个动态光源，例如聚光灯。
选中光源，在“详细信息”面板中将“光源移动性”设置为“动态（Dynamic）”。
选中需要投射阴影的物体，在“详细信息”面板中将“投射阴影”设置为“启用（Enabled）”。


// 示例代码：通过蓝图脚本设置物体投射动态阴影

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 创建动态光源

    ASpotLight* SpotLight = GetWorld()->SpawnActor<ASpotLight>(ASpotLight::StaticClass(), FVector(500, 500, 500), FRotator(-45, 0, 0));

    SpotLight->SetMobility(EComponentMobility::Dynamic);



    // 创建一个物体

    AStaticMeshActor* StaticMeshActor = GetWorld()->SpawnActor<AStaticMeshActor>(AStaticMeshActor::StaticClass(), FVector(0, 0, 0), FRotator(0, 0, 0));

    UStaticMeshComponent* StaticMeshComponent = StaticMeshActor->GetStaticMeshComponent();



    // 启用投射阴影

    if (StaticMeshComponent)

    {

        StaticMeshComponent->SetCastShadow(true);

    }

}

7. 光照和阴影的优化

在Unreal Engine中，光照和阴影的优化是提高游戏性能的关键。以下是一些常见的优化技巧：

7.1 减少光源数量

过多的光源会显著增加渲染时间，因此应尽量减少场景中的光源数量。对于不重要的光源，可以考虑使用更高效的灯光类型，例如环境光源。

示例：优化光源数量

评估场景中每个光源的重要性。
移除或合并不需要的光源。


// 示例代码：移除不必要的光源

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 获取所有光源

    TArray<AActor*> LightActors;

    UGameplayStatics::GetAllActorsOfClass(GetWorld(), ALight::StaticClass(), LightActors);



    // 遍历光源，移除不必要的光源

    for (AActor* LightActor : LightActors)

    {

        ALight* Light = Cast<ALight>(LightActor);

        if (Light && Light->GetMobility() == EComponentMobility::Dynamic && Light->GetIntensity() < 100.0f)

        {

            Light->Destroy();

        }

    }

}

7.2 使用光照贴图

光照贴图是一种将光照效果烘焙到纹理中的技术，可以显著提高性能。对于不经常变化的场景，应尽量使用光照贴图。

示例：使用光照贴图

选择需要烘焙的光源，将其移动性设置为“静态（Static）”或“固定（Stationary）”。
选择需要烘焙的物体，确保它们的光照属性设置正确。
选择“构建”菜单中的“生成光照”选项，烘焙光照效果。


// 示例代码：通过蓝图脚本烘焙光照

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 获取所有静态和固定的光源

    TArray<AActor*> LightActors;

    UGameplayStatics::GetAllActorsOfClass(GetWorld(), ALight::StaticClass(), LightActors);



    for (AActor* LightActor : LightActors)

    {

        ALight* Light = Cast<ALight>(LightActor);

        if (Light && (Light->GetMobility() == EComponentMobility::Static || Light->GetMobility() == EComponentMobility::Stationary))

        {

            // 确保物体的光照属性设置正确

            TArray<AActor*> MeshActors;

            UGameplayStatics::GetAllActorsOfClass(GetWorld(), AStaticMeshActor::StaticClass(), MeshActors);



            for (AActor* MeshActor : MeshActors)

            {

                AStaticMeshActor* StaticMeshActor = Cast<AStaticMeshActor>(MeshActor);

                if (StaticMeshActor)

                {

                    UStaticMeshComponent* StaticMeshComponent = StaticMeshActor->GetStaticMeshComponent();

                    if (StaticMeshComponent)

                    {

                        StaticMeshComponent->SetCastShadow(true);

                    }

                }

            }



            // 烘焙光照效果

            FLevelUtils::BuildLighting(GetWorld());

        }

    }

}

7.3 使用光照通道

光照通道（Lighting Channels）可以帮助优化光照计算。通过将不同的物体质感分配到不同的光照通道，可以减少光照计算的负担。

示例：使用光照通道

在“编辑”菜单中选择“项目设置”（Project Settings）。
在“渲染”（Rendering）类别中找到“光照通道”（Lighting Channels）。
创建并命名新的光照通道。
选择需要分配光照通道的物体，在“详细信息”面板中设置光照通道。


// 示例代码：通过蓝图脚本设置光照通道

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 获取所有静态网格物体

    TArray<AActor*> MeshActors;

    UGameplayStatics::GetAllActorsOfClass(GetWorld(), AStaticMeshActor::StaticClass(), MeshActors);



    for (AActor* MeshActor : MeshActors)

    {

        AStaticMeshActor* StaticMeshActor = Cast<AStaticMeshActor>(MeshActor);

        if (StaticMeshActor)

        {

            UStaticMeshComponent* StaticMeshComponent = StaticMeshActor->GetStaticMeshComponent();

            if (StaticMeshComponent)

            {

                // 设置光照通道

                StaticMeshComponent->SetLightingChannel(0, true);

                StaticMeshComponent->SetLightingChannel(1, false);

                StaticMeshComponent->SetLightingChannel(2, false);

            }

        }

    }

}

7.4 使用光照体积

光照体积（Light Volumes）用于优化动态光照的计算。它们可以减少动态光照在场景中的传播范围，从而提高性能。

示例：使用光照体积

在“模式”面板中选择“体积”（Volumes）类别。
从列表中拖动“光照体积”（Lightmass Importance Volume）到关卡中。
调整光照体积的大小，使其覆盖需要优化的区域。
选择“构建”菜单中的“生成光照”选项，烘焙光照效果。


// 示例代码：通过蓝图脚本添加光照体积

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 创建光照体积

    ALightmass ImportanceVolume* LightVolume = GetWorld()->SpawnActor<ALightmassImportanceVolume>(ALightmassImportanceVolume::StaticClass(), FVector(0, 0, 0), FRotator(0, 0, 0));



    // 调整光照体积的大小

    if (LightVolume)

    {

        LightVolume->SetBounds(FVector(1000, 1000, 1000));

    }

}

8. 光照和阴影的高级技巧

除了基本的光照和阴影设置，Unreal Engine还提供了许多高级技巧，可以帮助你实现更复杂和逼真的光照效果。

8.1 使用IES纹理

IES（Industry Standard）纹理可以模拟真实世界中的光源分布。通过使用IES纹理，可以为场景中的光源添加更复杂的光照模式。

示例：使用IES纹理

在内容浏览器中创建一个新的IES纹理。
选择需要使用IES纹理的光源，在“详细信息”面板中找到“IES纹理”（IES Texture）属性。
将IES纹理分配给光源。


// 示例代码：通过蓝图脚本设置IES纹理

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 创建点光源

    APointLight* PointLight = GetWorld()->SpawnActor<APointLight>(APointLight::StaticClass(), FVector(500, 500, 500), FRotator(0, 0, 0));



    // 加载IES纹理

    UTexture2D* IESTexture = Cast<UTexture2D>(StaticLoadObject(UTexture2D::StaticClass(), nullptr, TEXT("/Game/Textures/IES_Profile")));



    // 设置IES纹理

    if (PointLight && IESTexture)

    {

        PointLight->SetLightSourceTexture(IESTexture);

    }

}

8.2 使用光源函数

光源函数（Light Functions）可以为光源添加更复杂的光照效果，例如颜色渐变或纹理映射。通过使用光源函数，可以创建更具创意的光照效果。

示例：使用光源函数

在内容浏览器中创建一个新的光源函数。
选择需要使用光源函数的光源，在“详细信息”面板中找到“光源函数”（Light Function）属性。
将光源函数分配给光源。


// 示例代码：通过蓝图脚本设置光源函数

void AMyGameMode::BeginPlay()

{

    Super::BeginPlay();



    // 创建点光源

    APointLight* PointLight = GetWorld()->SpawnActor<APointLight>(APointLight::StaticClass(), FVector(500, 500, 500), FRotator(0, 0, 0));



    // 加载光源函数

    ULightFunction* LightFunction = Cast<ULightFunction>(StaticLoadObject(ULightFunction::StaticClass(), nullptr, TEXT("/Game/Textures/LightFunction")));



    // 设置光源函数

    if (PointLight && LightFunction)

    {

        PointLight->SetLightFunction(LightFunction);

    }

}