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光照贴图与 GI：UV2、烘焙 lightmap、light probe

Unity 知识 · Shader 区域 · 光照与材质 · 第 4 篇 更新于 2026-10-15

实时光照只算了「直接光」，而现实里房间的主要亮度来自墙壁反弹的间接光。间接光实时算不动，Unity 的答案是烘焙：静态物体烘进 lightmap，动态物体烘进 light probe。shader 侧要做的就是采样这两样东西——采错或忘采，动态物体发黑、烘焙场景对不上，都是这里的账。

烘焙在离线阶段存了什么

  • lightmap：一张（或几张）纹理，存每个 texel 的间接光 + 烘焙直接光的辐照度。静态网格的 UV2 通道（TEXCOORD1）映射到这张图。
  • light probe：场景里撒的探针点，存每个点周围的低频球谐（SH）系数——动态物体按位置插值取用。
  • 烘焙质量参数（间接光反弹次数、贴图分辨率）属引擎配置，URP/Built-in 差异见 /notes/unity/engineering-1/，本篇只讲 shader 侧。

UV2：烘焙的接线柱

lightmap 要求每个静态物体的 UV2 不重叠（Unwrap 自动参数化生成）。两条硬规则：

  • 改模型/重排 UV2 后必须重烘，否则光「贴错位置」。
  • 运行时换 mesh、动态合批改 UV 的操作会破坏 lightmap 对应关系。

shader 里把 UV2 变换到 lightmap 图集（unity_LightmapST 是这张物体在图集里的缩放偏移）：

// 顶点程序（Built-in）
o.lightmapUV = v.unityTexCoord * unity_LightmapST.xy + unity_LightmapST.zw;

unity_LightmapST 由引擎自动填，多 lightmap 切片时按物体分片，shader 不用管切片逻辑。

采样 lightmap：注意编码

lightmap 存的是 HDR 值，纹理里按平台编码（RGBM、双通道 dual、或 R11G11B10）。永远用引擎的解码函数，不要直接 tex2D 当颜色用：

// 片元程序（Built-in）
half4 lm = DecodeLightmap(tex2D(unity_Lightmap, i.lightmapUV));
o += albedo * lm;

// 带方向 lightmap（DIR）时，方向要和法线结合：
o += albedo * DecodeDirectionalLightmap(tex2D(unity_Lightmap),
                                        tex2D(unity_LightmapInd), i.normalWS);

URP 里对应 SAMPLE_LIGHTMAP + SampleLightmap，接口不同、原理相同（见 /notes/unity/engineering-1/）。直接采原始编码值的典型症状：烘焙场景整体偏品红或亮度差几倍。

light probe：动态物体的间接光

动态物体没有 UV2、不在 lightmap 里，间接光来自 SH 探针。shader 侧一行：

// Built-in：按世界法线取 SH 环境光
o += albedo * SampleSH(i.normalWS);          // UnityCG.cginc
// URP：
o += albedo * SampleSH9(SHADERGRAPH_NORMAL_WS);

引擎按物体位置在探针四面体里插值系数，shader 只管按法线取方向项。

动态物体发黑的排查顺序：

  1. 场景有没有烘焙过探针（Lighting 窗口 → Lightprobes 组）？物体在探针包围的凸包外时取最近探针，探针组太小会「走进暗区突然发黑」。
  2. shader 有没有采样 SH/lightmap？自定义 shader 忘了 SampleSH，动态物体就没有环境光。
  3. Mixed 灯模式下烘焙直接光 + 实时直接光会不会叠加双份？（Baked/IndirectOnly/Subtractive/Realtime 四种模式语义不同，配置在引擎侧。）

烘焙直接光的「双份」问题

Mixed 灯下，静态物体的直接光可能烘进 lightmap，实时又算一遍——Unity 用 shadowmask/距离切换处理，但自定义 shader 手写光照时容易漏掉 multi_compile 的 lightmap 变体导致表现不一致。原则：手写光照尽量走引擎的 LightingXXX 函数族，它们已处理这些组合；坚持全手写就要把 LIGHTMAP_ON、DIRLIGHTMAP_COMBINED、SHADOWS_SHADOWMASK 这些 keyword 的分支全部写全（keyword 机制见 /notes/unity/engineering-3/）。

与实时光照的分工

内容承担者
静态物体间接光lightmap
动态物体间接光light probe（SH）
直接光 + 实时阴影/notes/unity/lighting-1/、/notes/unity/lighting-5/
反射（镜面间接光）reflection probe / 屏幕空间反射（超出本区域）

烘焙换的是「间接光零运行时成本」，代价是静态 + 烘焙时长 + 内存——移动端主力方案，取舍见 /notes/unity/performance-1/。

自检三问

  • 动态角色走进烘焙房间后全身没有环境光，前两个排查点是什么？
  • lightmap 为什么必须解码？直接采会出现什么症状？
  • UV2 重叠的物体烘焙后出什么问题？