大地图手机游戏日夜循环光影优化：低内存远景静态建筑光照解法

在大型移动策略游戏地图中实现动态日夜循环，同时又要兼顾性能和内存占用，确实是一个常见的挑战。特别是对于远处的静态建筑，如果贸然使用实时光照和阴影计算，手机硬件往往吃不消。我理解你的困境，这里分享一个兼顾视觉效果、性能和内存的优化方案，它主要围绕“烘焙数据+运行时着色器动态混合”的核心思想展开。

核心思路：混合式日夜系统

对于超大地图，我们必须分区域、分层级处理光照。近景可以适度采用更精细的实时或混合光照，而远景则主要依赖预计算数据和简化的运行时处理。

针对远景静态建筑的优化方案：

动态天空盒（Skybox/Sky Dome）与环境光照
- 作用： 天空盒是营造整体光照氛围和日夜变化的基石。它不仅提供了背景视觉，其颜色和亮度也直接影响环境光的计算。
- 实现： 准备多套不同时间段（黎明、白天、黄昏、夜晚）的天空盒纹理或程序化生成的天空材质。在运行时，根据游戏时间，平滑地在这些天空盒之间进行颜色、亮度、太阳/月亮位置等的插值。
- 优化： 天空盒本身开销不大，关键在于它提供的环境光参数（如环境光颜色、环境强度等）可以实时传递给场景中的所有物体，包括远景建筑的着色器。这样，即使远景建筑没有复杂的实时光照计算，也能接收到基础的环境光变化。
主方向光（Directional Light）
- 作用： 模拟太阳或月亮的光源。它是场景中最重要的光源，提供主要的光照和阴影方向。
- 实现： 只有一个方向光，根据游戏时间实时改变其方向、颜色和强度。
- 优化： 对于远景建筑，我们不计算其实时阴影。而是让方向光仅提供基础的表面着色（Lambertian或Phong反射），或者与下面的烘焙数据结合。阴影处理将是关键的性能瓶颈，通常只为玩家附近的关键区域开启。
着色器驱动的预烘焙光照数据混合（Shader-Driven Baked Lighting Blending）—— 远景核心
- 这是解决你问题的关键。远景静态建筑的光影变化，可以通过提前烘焙不同时间点的光照信息，然后在运行时通过着色器进行动态混合来实现。
- 方法一：多通道顶点色烘焙与混合（Memory Efficient）
  - 原理： 预先烘焙至少两个关键时间点（例如“白天”和“夜晚”或“日出”、“正午”、“日落”、“夜晚”）的整体光照信息到模型的顶点颜色中。每个时间点的光照存储在一个独立的顶点颜色通道（例如，R通道存白天光照强度，G通道存夜晚光照强度，或使用多套顶点色贴图）。
  - 烘焙内容： 可以是环境光遮蔽（AO）、自发光、甚至简化的漫反射光照信息。
  - 运行时： 在建筑的着色器中，根据当前游戏时间（0-24小时映射到0-1的参数timeOfDay），在不同的顶点颜色之间进行插值。
  - 示例伪代码：
```
vec3 dayColor = vertexColor.rgb; // 烘焙的白天顶点色
vec3 nightColor = vertexColor2.rgb; // 烘焙的夜晚顶点色 (如果使用第二套顶点色)

// 假设timeOfDay在0到1之间平滑过渡，0是半夜，0.5是正午
float blendFactor = smoothstep(0.4, 0.6, timeOfDay); // 白天逐渐亮起
blendFactor = mix(blendFactor, 0.0, smoothstep(0.8, 0.9, timeOfDay)); // 夜晚逐渐变暗

finalColor = mix(nightColor, dayColor, blendFactor) * currentEnvAmbientColor;
```
  - 优点： 顶点色是模型自带的属性，不增加额外的纹理采样，内存占用极低，运行时计算开销小。
  - 缺点： 细节受限于顶点密度，对于低面数模型效果有限。
- 方法二：多光照贴图烘焙与混合（Detail Rich）
  - 原理： 为每个静态建筑在不同时间点烘焙独立的Lightmap（光照贴图）。例如，烘焙一张“白天”Lightmap和一张“夜晚”Lightmap。
  - 运行时： 在着色器中，根据游戏时间，在两张甚至多张Lightmap之间进行采样和线性插值。
  - 优化： 可以使用Texture Array（纹理数组）将多张Lightmap打包成一个资源，减少GPU绑定开销。或者通过Atlas Map（图集）将多个建筑的Lightmap合并，但这样混合会更复杂。
  - 示例伪代码：
```
vec4 dayLightmap = texture(lightmap_day, uv);
vec4 nightLightmap = texture(lightmap_night, uv);

// blendFactor 同上
finalLightmap = mix(nightLightmap, dayLightmap, blendFactor);
finalColor = baseTexture * finalLightmap * currentEnvAmbientColor;
```
  - 优点： 提供比顶点色更精细的光照和阴影细节。
  - 缺点： 会增加模型的纹理内存占用（每多一套时间点光照就需要一套Lightmap），纹理采样开销略高。
环境光探头（Light Probe）或反射探头（Reflection Probe）
- 作用： 捕捉局部区域的环境光照和反射信息，用于照亮动态物体或对远景进行更精细的补充。
- 优化： 对于大地图的远景静态建筑，不建议为每个建筑都放置探头，这会产生巨大的烘焙和运行时开销。可以稀疏地放置一些大型的环境光探头，它们的捕获数据可以根据时间进行更新或插值。但主要用于近景或中景的动态物体。远景静态建筑主要依赖天空盒和烘焙数据。
可见性剔除（Culling）与细节级别（LOD）
- 作用： 基本的性能优化手段，确保只渲染视野内的物体，并根据距离切换模型的细节等级。
- 实现：
  - 视锥体剔除（Frustum Culling）： 只渲染摄像机视锥体内的物体。
  - 遮挡剔除（Occlusion Culling）： 剔除被其他物体遮挡的物体（对于大地图，这可能是个烘焙开销很大的过程）。
  - LOD（Level of Detail）： 远处的建筑使用低面数模型，减少顶点和三角形数量。同时，其材质也可以简化，比如减少贴图数量、降低分辨率，甚至关闭一些复杂的着色器效果（如法线贴图、高光）。

总结建议：

对于你提出的“远处的静态建筑也根据时间展现不同光影效果”，同时要“低内存占用”的要求，我强烈推荐：

天空盒/天空球动态变化 来提供全局的环境光基调和情绪。
一个主方向光 用于模拟太阳/月亮位置和光色。
针对远景静态建筑，使用“多通道顶点色烘焙与混合”。这是内存和性能最优的方案，因为它不增加额外纹理开销，仅在模型顶点数据中存储光照信息，通过着色器进行轻量级混合。如果顶点密度足够，效果也相当不错。
配合LOD和各种剔除技术，确保只有在必要时才渲染足够细节的物体。

通过这种混合策略，你可以在保持地图广阔感和日夜动态视觉效果的同时，大幅降低对移动设备性能和内存的压力。希望这个方案能帮到你！

大地图手机游戏日夜循环光影优化：低内存远景静态建筑光照解法

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