一、LPV技術概述

光線傳播體積(Light Propagation Volumes)是一種實時全局光照技術，通過將場景中的間接光信息存儲在3D網格中，實現動態物體的間接光照效果。

核心優勢：

• 實時性能：相比傳統光照貼圖，支持動態場景

• 硬件友好：適合GPU并行計算

• 中等質量：提供比SSAO更好的間接光效果

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二、LPV實現原理

1. 技術流程

graph TDA[場景捕捉] --> B[RSM生成]B --> C[光照注入]C --> D[傳播計算]D --> E[最終渲染]

2. 關鍵數據結構

struct SHCoefficients {Vector4[] coefficients; // 球諧系數數組const int Bands = 2;    // 使用二階球諧
};

三、核心實現代碼

1. 反射陰影圖(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. 光照注入階段

// 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;// 計算球諧投影SHCoefficients sh = ProjectToSH(flux.rgb, normal);// 寫入LPV網格LPVGrid[id.xyz] = float4(sh.coefficients[0], 1.0);
}

3. 傳播計算

// 傳播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鄰域貢獻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; // 均分權重}// 寫入更新后的光照LPVGrid[id.xyz] = accum;
}

四、渲染應用

1. 最終著色器

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 {// 計算網格坐標float3 gridCoord = (i.worldPos - _LPV_MinBounds) / _LPV_CellSize;// 三線性采樣float4 sh = tex3D(_LPV_Grid, gridCoord / _LPV_GridSize);// 重建光照float3 irradiance = EvalSH(sh);return float4(irradiance, 1.0);}ENDCG}}
}

五、性能優化

1. 分辨率控制

網格分辨率	質量	性能影響
32x32x32	低	0.5ms
64x64x64	中	2.1ms
128x128x128	高	8.4ms

2. 迭代次數優化

void UpdateLPV() {// 首幀完整計算if(firstFrame) {ExecuteFullPropagation(4);} // 后續幀增量更新else {ExecuteIncrementalPropagation(1);}
}

六、完整項目參考

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通過LPV技術，開發者可以在Unity中實現中等質量的實時全局光照效果，特別適合需要動態光照的場景。關鍵點在于合理平衡網格分辨率和傳播迭代次數，以達到性能與質量的平衡。