Unity光照烘焙核心技术解密：从Lightmap到全局光照系统的实现原理
项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/un/UnityCsReference 引言：为什么光照烘焙如此重要？
在游戏开发中，光照效果直接影响画面质量和性能表现。Unity引擎的光照烘焙（Lightmap）和全局光照（Global Illumination, GI）系统能够在保证视觉质量的同时大幅提升运行效率。本文将深入剖析UnityCsReference源码中光照烘焙的核心实现，帮助开发者理解Lightmap生成流程与GI系统的工作原理。
光照烘焙基础：Lightmap与GI系统架构
Unity的光照烘焙系统主要由Lightmap（光照贴图）和GI（全局光照）两部分组成。Lightmap将静态物体的光照信息预先计算并存储在纹理中，而GI系统则负责模拟光线在场景中的传播与反射。
核心数据结构与枚举定义
在Runtime/Export/Graphics/GraphicsEnums.cs中定义了光照烘焙相关的关键枚举：
// 光照烘焙类型
public enum LightmapBakeType
{
Realtime = 4, // 实时更新光照
Baked = 2, // 完全烘焙到光照贴图
Mixed = 1 // 混合模式：间接光照烘焙，直接光照实时计算
}
// 全局光照接收模式
public enum ReceiveGI
{
Lightmaps = 1, // 从光照贴图接收GI
LightProbes = 2 // 从光照探针接收GI
}
这些枚举定义了光照烘焙的基本行为模式，决定了光源和物体如何参与光照计算。
光照烘焙流程概览
光照烘焙的核心流程包括：
- 标记静态物体和光源属性
- 计算直接光照和间接光照
- 生成光照贴图(Lightmap)
- 将光照信息映射到场景物体
Lightmap系统实现：从数据结构到运行时应用
Lightmap系统负责将烘焙好的光照数据存储为纹理，并在运行时正确应用到对应的渲染器上。
Lightmap在Renderer中的应用
在Runtime/Export/Graphics/GraphicsRenderers.bindings.cs中，Renderer类提供了访问和设置Lightmap的接口：
public int lightmapIndex { get { return GetLightmapIndex(LT.StaticLightmap); } set { SetLightmapIndex(value, LT.StaticLightmap); } }
public int realtimeLightmapIndex { get { return GetLightmapIndex(LT.DynamicLightmap); } set { SetLightmapIndex(value, LT.DynamicLightmap); } }
public Vector4 lightmapScaleOffset { get { return GetLightmapST(LT.StaticLightmap); } set { SetStaticLightmapST(value); } }
public Vector4 realtimeLightmapScaleOffset { get { return GetLightmapST(LT.DynamicLightmap); } set { SetLightmapST(value, LT.DynamicLightmap); } }
这些属性允许每个渲染器引用不同的Lightmap纹理，并通过scaleOffset参数实现纹理坐标的缩放和平移，从而将正确的光照区域映射到物体表面。
MeshRenderer的光照烘焙属性
MeshRenderer类在Runtime/Export/Graphics/GraphicsRenderers.bindings.cs中提供了额外的光照烘焙控制：
public float scaleInLightmap { get; set; }
public ReceiveGI receiveGI { get; set; }
public bool stitchLightmapSeams { get; set; }
- scaleInLightmap：控制物体在光照贴图中的分辨率比例
- receiveGI：指定物体接收全局光照的方式
- stitchLightmapSeams：是否自动缝合光照贴图接缝
GI系统核心：光照传播与计算
全局光照系统模拟光线在场景中的多次反射，创造出更真实的光照效果。Unity的GI系统主要通过 Enlighten 技术实现。
光源烘焙属性设置
在Runtime/Export/Graphics/Light.bindings.cs中，Light类提供了控制光照烘焙类型的属性：
// 光照烘焙模式。仅编辑器可用。
extern public LightmapBakeType lightmapBakeType
{
[NativeMethod("GetBakeType")] get;
[NativeMethod("SetBakeType")] set;
}
LightmapBakeType枚举值决定了光源如何参与烘焙过程：
- Realtime：光源不参与烘焙，光照实时计算
- Baked：光源完全烘焙到Lightmap中，运行时不可见
- Mixed：光源的间接光照被烘焙，直接光照实时计算
GI系统与材质更新
RendererExtensions类提供了更新GI材质的方法，确保烘焙的光照信息正确应用到材质上：
[FreeFunction("RendererScripting::UpdateGIMaterialsForRenderer")]
extern static internal void UpdateGIMaterialsForRenderer(Renderer renderer);
光照烘焙工作流：从编辑器设置到运行时优化
光照烘焙工作流程
-
准备阶段：
- 将静态物体标记为"Static"
- 设置光源的LightmapBakeType属性
- 配置烘焙参数（光照贴图大小、质量等）
-
烘焙阶段：
- 执行光照烘焙（Lighting Settings > Generate Lighting）
- Unity内部计算光照传播
- 生成光照贴图和光照探针数据
-
优化阶段：
- 调整scaleInLightmap控制光照贴图分辨率
- 启用stitchLightmapSeams减少接缝 artifacts
- 使用光照探针为动态物体提供间接光照
性能优化建议
- 合理设置静态物体的光照贴图分辨率
- 对大型场景使用光照探针组(Light Probe Group)
- 对动态物体使用Light Probes而非实时GI计算
- 混合烘焙模式下，控制实时光源数量
总结与扩展
Unity的光照烘焙系统通过预先计算光照信息，在保证视觉质量的同时显著提升了运行时性能。核心在于Lightmap和GI系统的协同工作，前者存储烘焙结果，后者计算复杂的光照传播。
通过深入理解Runtime/Export/Graphics/GraphicsRenderers.bindings.cs、Runtime/Export/Graphics/Light.bindings.cs和Runtime/Export/Graphics/GraphicsEnums.cs等源码文件，开发者可以更精准地控制光照烘焙过程，优化游戏的视觉效果和性能表现。
未来，随着实时GI技术的发展，Unity可能会进一步融合烘焙光照和实时光照的优势，提供更灵活高效的光照解决方案。
参考资料
- Unity官方文档：Lighting Settings
- 光照烘焙源码：Runtime/Export/Graphics/
- 项目参考：README.md
创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考
