移动端游戏光照优化：平衡烘焙与实时的混合工作流

在移动游戏开发中，光照系统优化一直是个让人头疼的难题。尤其是当你遇到需要动态昼夜切换、场景中充斥着大量角色、同时还有各种酷炫特效光源的场景时，如何在性能和视觉效果之间找到那个完美的平衡点，确实是个巨大的挑战。我自己也曾为此耗费过不少精力去摸索，今天就想分享一个我自己实践下来，觉得比较实用且高效的“烘焙与实时动态光照混合”的工作流程。

我们要明确一点：移动平台性能有限，纯实时动态光照几乎是不可行的。所以，我们的核心思路是“化静为动，化繁为简”，将尽可能多的光照信息预计算（烘焙），只在必须动态变化的部分使用实时光照，并对这些实时光照进行极致优化。

核心理念：混合光照，各司其职

静态环境光照 → 烘焙（Lightmap & Precomputed GI）
这是基石。场景中的固定几何体，比如地形、建筑、不会移动的道具，它们的光照应该全部通过光照贴图（Lightmap）预计算。这包括直接光照和间接光照（全局光照，GI）。
动态全局光照 → 光照探头（Light Probes）
为了让动态物体（角色、可移动道具）能够“感受到”烘焙好的环境光照，我们需要在场景中放置光照探头。动态物体会根据其位置插值采样最近的光照探头数据，从而获得环境的间接光照信息，看起来就好像被烘焙的光照所影响一样。
主要动态光源 → 实时定向光（Directional Light）
昼夜循环的核心就是太阳/月亮。一个实时定向光可以模拟它们的位置、颜色、强度、阴影变化。这是场景中最主要的实时光源，也是唯一可以全程开启阴影投射的光源，但需要对阴影质量进行严格控制。
局部动态光源/特效光源 → 少量实时点/聚光灯（Point/Spot Light）
例如，角色的火把、技能特效、环境中的霓虹灯等。这些光源数量必须严格控制，且通常不投射阴影。

实用混合光照工作流程

阶段一：基础环境光照烘焙

场景划分与光照分组：
- 将场景物体明确标记为Static（参与烘焙）或Dynamic（不参与烘焙）。
- 统一UV2: 确保所有参与烘焙的静态物体都有正确的Lightmap UV（通常是第二套UV）。
主光源设置（白天/夜晚基准）：
- 在烘焙前，暂时将实时定向光（太阳）设置为烘焙模式（Baked），模拟白天的主要光源。
- 或：为白天和夜晚分别烘焙一套光照数据。对于移动端，如果昼夜切换不是平滑过渡，而是几个离散的时间点（如黎明、白昼、黄昏、夜晚），那么分别烘焙几套光照贴图，然后根据时间进行Blend，是一个性能友好的选择。
环境光设置：
- 使用天空盒（Skybox）或环境光照（Environment Lighting）作为间接光照的来源。推荐使用HDRI天空盒来提供更真实的间接光照。
烘焙设置优化：
- 分辨率（Lightmap Resolution）： 调低！移动端不需要超高分辨率。根据物体大小和重要性进行设置。远处的物体可以更低。
- 光照贴图尺寸（Lightmap Size）： 合理控制，可以分成多张小尺寸贴图。
- 光照探头（Light Probes）： 密集放置在动态物体可能经过的区域，尤其是有明显光照变化的区域。烘焙时它们会捕捉GI信息。
- 反射探头（Reflection Probes）： 在需要反射的区域放置，可以设置为Baked或Realtime。移动端推荐Baked，只在极少数关键区域使用Realtime或Custom。

阶段二：动态元素的光照处理

实时定向光（太阳/月亮）：
- 数量： 场景中只能有一个实时定向光用于模拟太阳/月亮。
- 阴影： 开启Casting Shadows。但必须严格控制阴影距离、分辨率、级联数量。例如，Unity 的Quality Settings中，将Shadow Distance设为较低值（如30-50米），Shadow Resolution设为Medium甚至Low，级联阴影（Cascades）最多2级。
- 颜色与强度： 通过脚本在昼夜循环中平滑调整其颜色、强度、光照方向。
角色光照：
- 光照探头代理体（Light Probe Proxy Volumes）： 对于大型或复杂角色，使用Light Probe Proxy Volumes可以更精细地采样光照探头数据。
- Shader优化： 使用简化的移动端专用Shader，减少复杂计算，避免多pass渲染。可以编写自定义Shader，只计算主定向光和光照探头。
- 局部补光： 极少数情况下，为角色面部等关键区域使用一个无阴影的少量实时点光源进行补光，但要确保它只影响角色而不影响环境。
特效光源（VFX Lights）：
- 数量与范围： 严格控制特效光源的数量和作用范围。大部分特效光源应该只影响粒子本身，不影响环境。
- 无阴影： 绝大多数特效光源都不应投射阴影。
- Deferred vs. Forward Rendering： 移动端通常推荐Forward Rendering，因为Deferred Rendering的G-Buffer开销较大。在Forward Rendering中，实时点/聚光灯会增加Pass数量，因此更要严格限制数量。Unity URP和Unreal Mobile Renderer对此有很好的优化。
- Culling Mask： 设置光源的Culling Mask，使其只影响特定的层（Layer），如粒子层。
- Baking Lightmap in Particle： 某些静态的特效光照（如烧着的火盆）可以直接烘焙到粒子纹理或场景光照贴图中。

阶段三：昼夜循环的平滑切换

天空盒/大气散射：
- 通过脚本在白天和夜晚之间平滑插值天空盒的颜色、强度，或者调整大气散射参数（如果引擎支持）。
环境光（Ambient Light）：
- 配合天空盒变化，实时调整环境光的颜色和强度。
烘焙光照数据混合（如果采用多套烘焙）：
- 如果为白天和夜晚分别烘焙了两套光照贴图和光照探头数据，可以通过脚本在运行时进行Blend。这通常涉及到Shader层面的混合，根据时间戳或某个混合因子，在两套光照贴图之间进行插值。对于光照探头数据，则需要手动在脚本中进行插值。

阶段四：性能调优与最佳实践

光照剔除（Light Culling）：
- 利用引擎自带的剔除功能。对于实时点/聚光灯，设置合理的Range和Culling Mask。
- 对于非主要光源，可以设置Render Mode为Important或Not Important，让引擎根据重要性进行剔除。
Shader优化：
- 使用Shader LOD，根据距离或质量设置，自动切换到更简化的Shader。
- 避免在Shader中进行复杂的光照计算，尤其是多光源计算。
纹理压缩：
- 光照贴图、法线贴图等纹理都应采用移动端支持的高效压缩格式（如ETC2）。
LOD系统：
- 对模型设置LOD，特别是对远处物体使用低多边形模型，从而减少光照计算和渲染开销。
Draw Call优化：
- 静态批处理（Static Batching）和动态批处理（Dynamic Batching）仍然是降低Draw Call的关键。

总结与小贴士

没有银弹： 移动端光照优化是一个持续迭代的过程，没有一劳永逸的方案。
先烘焙，后实时： 永远记住，能烘焙的尽量烘焙。实时光照是奢侈品，用得越少越好。
限制实时光源数量： 场景中实时点光源和聚光灯的总数应该非常非常少，通常不超过3-4个，且要限制它们的范围和阴影。
善用探头： 光照探头和反射探头是连接烘焙世界和实时世界的桥梁，务必合理放置和利用。
引擎特性： 深入了解你使用的引擎（Unity URP/HDRP，Unreal Mobile Renderer）提供的优化工具和渲染路径，它们通常内置了对移动平台的很多优化。
测试！测试！测试！ 在真实的移动设备上进行大量的性能测试和视觉效果检查，不同设备的性能差异可能很大。

这个混合工作流的核心思想是利用烘焙光照的性能优势作为场景基底，再用极度优化的实时光照来处理动态元素和昼夜循环。希望这些经验能帮助你更好地应对移动项目中的光照优化挑战！祝你的项目顺利！