3D场景中大量微弱光源：如何高效呈现发光效果而不耗尽GPU？

在制作包含大量小型发光道具的场景时，特别是像您提到的赛博朋克风格，数百个微弱光源确实会瞬间压垮GPU。传统点光源（Point Light）或聚光灯（Spot Light）的计算成本很高，它们会影响场景中每个可能被照亮的像素，并且通常需要多次遍历才能计算所有光照效果（如阴影、高光等）。针对这种情况，我们可以采用多种更经济、更高效的替代方案，将视觉效果和性能进行平衡。

以下是一些建议的实现方式：

1. 自发光材质（Emissive Materials）与后期处理（Post-processing）结合

这是最常用且成本最低的方案，尤其适合那些本身发光但不需要向周围环境投射强烈光照的物体，例如霓虹灯管、LED屏幕、指示灯、赛博朋克风格的装饰线条等。

• 实现方式：
  1. 材质设置： 在这些发光道具的材质上，将其自发光（Emissive）属性调高，赋予合适的颜色和强度。
  2. 后期特效： 开启渲染引擎的**泛光（Bloom）**效果。泛光会检测画面中亮度超过一定阈值的区域，并对其进行模糊和扩散，从而模拟出强光溢出的视觉效果。
• 优点： 性能开销极低，因为它们不是真实的光源，不参与复杂的光照计算，主要依赖后期处理。能够完美模拟“发光”的视觉感。
• 缺点： 不会真实地照亮周围几何体，也不会投射阴影。它只影响画面最终的像素表现。
• 针对赛博朋克场景： 这种方法是赛博朋克风格的核心之一，大量霓虹灯、显示屏、机械上的指示灯都可以通过此方式实现，带来强烈的视觉冲击力。

2. 烘焙光照（Baked Lighting）

对于场景中静态的、位置固定的发光道具，可以预先计算它们对环境的光照贡献，并将其存储在光照贴图（Lightmap）中。

• 实现方式：
  1. 将发光道具设置为静态物体（Static）。
  2. 在引擎的光照烘焙设置中，确保这些自发光材质被识别为光源并参与全局光照（Global Illumination）计算。
  3. 运行光照烘焙，将光照结果存储到光照贴图中。
• 优点：： 预计算成本高，但运行时性能极佳，因为光照信息已经存储在纹理中，渲染时直接采样即可。能产生真实的环境光遮蔽和颜色反弹效果。
• 缺点： 仅适用于静态光源和静态几何体。动态物体无法直接受益于光照贴图（需要结合光照探针）。烘焙时间可能较长。
• 针对赛博朋克场景： 街道灯、建筑外墙上的固定灯带、店内陈设的灯箱等，都可以通过烘焙获得更真实的光照效果，同时不增加运行时负担。

3. 光照探针（Light Probes）与反射探针（Reflection Probes）

当场景中既有烘焙的静态光照，又有需要动态移动的物体时，光照探针可以帮助动态物体融入静态光照环境。

• 实现方式：
  1. 在场景的关键位置放置光照探针（通常是网格状分布）。
  2. 烘焙时，探针会捕捉周围的光照信息（颜色、方向等）。
  3. 运行时，动态物体会根据其位置插值采样附近探针的光照数据，获得近似的漫反射光照。
  4. 反射探针则用于捕捉环境的反射信息，使金属、玻璃等材质能正确反射周围环境的光线。
• 优点： 解决了动态物体无法从光照贴图中获得光照的问题，成本远低于实时光源。
• 缺点： 效果是近似的，不如实时光照精确，特别是对于锐利的光照和阴影。
• 针对赛博朋克场景： 穿梭的飞行汽车、移动的NPC、角色身上的高光材质，可以通过光照探针获得来自霓虹招牌、街边灯箱等烘焙光源的间接光照和反射，增强场景的整体感。

4. 贴花光源（Decal Lights）/ 投射光（Projector Lights）

对于一些需要特定形状或范围的微弱光照，但又不想使用完整点光源的场景，可以考虑贴花光源或投射光。它们本质上是用一个纹理来模拟光照的形状和颜色。

• 实现方式：
  1. 创建一个带有光照图案的纹理。
  2. 将其应用到一个投射光或贴花系统上，让它投射到场景几何体上。
• 优点： 成本低于传统点光源，可以模拟复杂的光照图案（如斑驳的光影、特定Logo的投影光）。
• 缺点： 不会生成真实的动态阴影，只是一种纹理投射效果。
• 针对赛博朋克场景： 模拟远处霓虹灯微弱的地面投影、屏幕光照亮地板的一小块区域、或是管道缝隙中透出的微光，都可以用这种方式实现。

5. 自定义Shader优化

如果上述方法仍不能满足需求，或者需要更细致的控制，可以考虑编写自定义Shader来优化大量微弱光源。

• 实现方式：
  1. 点云/Billboard光源： 将大量微弱光源简化为不参与复杂光照计算的“发光点”或“发光面片（Billboard）”，它们只负责在屏幕空间叠加亮度。
  2. 简化光照模型： 对于极少量需要真实光照的微弱光源，可以采用非常简化的Lambertian光照模型，避免高光、阴影等复杂计算。
  3. 光源分层渲染/剔除： 距离相机较远的小光源直接以自发光材质处理；稍近的用简化模型；只有非常近且对场景影响大的才考虑用完整光源。配合LOD（Level of Detail）系统，根据距离切换光源的复杂程度。
• 优点： 极致的性能控制和视觉定制。
• 缺点： 开发成本高，需要较强的图形学知识。

综合应用建议

在实际制作赛博朋克场景时，通常需要结合使用上述多种方法：

• 绝大多数小型发光体（如指示灯、霓虹线、屏幕细节）： 使用自发光材质 + 泛光后期特效。这是最主要的视觉表现方式。
• 静态场景中的主要照明元素（如街道路灯、大型招牌对墙壁的漫反射）： 采用烘焙光照，提供稳定的基础照明和全局光照。
• 烘焙光照与动态物体结合： 布置光照探针和反射探针，让角色、车辆等动态元素能自然地融入场景光照。
• 特定效果光（如远处的投影、地面上的光斑）： 适当使用贴花光源或投射光。
• 极致性能优化或特殊效果： 考虑自定义Shader方案。

通过这种分层和组合的方式，你可以在保证视觉效果的同时，大幅度降低GPU的压力，实现一个既美观又流畅的赛博朋克场景。祝你的项目顺利！