【光照】[自发光Emission]以UnityURP为例

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自发光的基本原理

自发光是物体表面主动发射光线的现象,在光照模型中通常作为独立于外部光源的附加项。其核心特点是不受其他光照影响,但可以影响周围环境。

实现流程

  • 定义发射颜色和强度‌:确定基础发光颜色和亮度
  • 纹理采样 可选‌:使用纹理控制发射图案
  • HDR处理‌:支持高于1.0的亮度值
  • 后期处理集成‌:与Bloom等效果结合
  • 间接光照贡献 可选‌:影响全局光照

Unity URP中的实现方案

核心实现位置

在URP中,自发光主要在以下文件中实现:

  • Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/Lighting.hlsl
  • Packages/com.unity.render-pipelines.universal/ShaderLibrary/SurfaceInput.hlsl

关键代码实现

  • unity_emission_shader

    cpp 复制代码
    half3 Emission(half3 emissionColor)
    {
        #if defined(_EMISSION)
            return emissionColor * _EmissionColor.rgb * _EmissionStrength;
        #else
            return 0;
        #endif
    }
  • Lighting.hlsl 部分示意

    cpp 复制代码
    half3 CalculateFinalColor(
        InputData inputData,
        SurfaceData surfaceData)
    {
        // 基础光照计算
        half3 color = ApplyLighting(inputData, surfaceData);
        
        // 添加自发光
        color += surfaceData.emission;
        
        return color;
    }

实现特点

材质属性配置‌:

  • _EmissionColor: 发光颜色(RGB)
  • _EmissionMap: 发光纹理(可选)
  • _EmissionStrength: 强度乘数

HDR支持‌:

  • 通过FrameBuffer的HDR格式支持高亮度值
  • 与Post-processing Stack的Bloom效果协同工作

全局光照集成‌:

  • 通过Light Probe Proxy Volume影响动态物体
  • 参与Reflection Probe的反射计算

性能优化‌:

  • 使用#if defined(_EMISSION)编译分支
  • 无发光材质自动跳过相关计算

URP选择此方案的原因

艺术家友好‌:

  • 直观的颜色和强度参数
  • 纹理支持实现复杂发光图案

物理合理性‌:

  • 正确的能量守恒处理
  • HDR范围符合真实世界亮度

性能平衡‌:

  • 轻量级实现不影响基础渲染性能
  • 与URP的轻量级设计理念一致

扩展性‌:

  • 容易与后期效果集成
  • 支持自定义着色器变体

跨平台一致性‌:

  • 在移动端和高端PC上表现一致
  • 自动适配不同渲染管线配置

在URP中,自发光实现既保持了足够的表现力,又维持了轻量级的计算开销,特别适合移动平台和需要大量发光物体的应用场景。


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