unity-lighting-vfx

Unity 光照与视觉效果

光照模式

Unity 提供三种光照模式，用于控制光照的计算方式。

实时光照

• 在运行时每帧计算光照
• 支持动态更改强度、颜色和位置
• 投射阴影的距离不超过阴影距离
• 默认仅提供直接光照（无反弹光）
• 运行时开销较高，尤其是在复杂场景或低端硬件上
• 适用于：动态对象、闪烁效果、移动光源

烘焙光照

• 在 Unity 编辑器中执行计算，并将光照数据保存到磁盘
• 运行时，Unity 会加载预先计算的数据，而不是动态计算
• 将直接光照和间接光照都烘焙到光照贴图中
• 使用光照探针存储移动对象所需的信息
• 运行时无法修改光照属性；不会照亮动态 GameObject
• 不提供镜面反射贡献
• 适用于：静态场景、复杂的间接光照、对性能要求较高的场景

混合光照

• 将烘焙间接光照与实时直接光照结合起来
• 具体行为取决于 Lighting 窗口中的 Lighting Mode 设置
• 投射实时阴影（不是烘焙的软阴影）
• 运行时可以更改属性（仅影响实时部分）
• 开销始终高于完全烘焙的光照
• 适用于：背景光照已烘焙，但需要动态阴影的场景

重要提示： 所有烘焙/混合模式都要求启用烘焙全局光照。如果未启用，混合光照和烘焙光照的行为会与实时光照相同。

光源类型

定向光

• 位于无限远处，沿一个方向发光
• 光线彼此平行，强度不会随距离衰减
• 模拟太阳/月亮；每个新场景默认都包含一个定向光
• 与程序化天空系统关联；旋转定向光可创建昼夜效果

点光源

• 位于一个点上，向所有方向均匀发光
• 强度遵循平方反比定律（随距离平方增加而衰减）
• 用于灯具、爆炸、局部照明

聚光灯

• 位于一个点上，以圆锥形发光
• 圆锥角度可调；光线边缘会逐渐变暗（半影）
• 角度越大，渐隐区域越大
• 用于手电筒、车头灯、探照灯

面光源

• 由矩形或圆盘定义；光线从表面均匀发出
• 遵循平方反比定律；产生柔和、细腻的明暗效果
• 仅用于烘焙——运行时不可用
• 用于路灯、逼真的室内照明

全局光照

全局光照（GI）用于模拟光线在表面之间反弹，从而产生逼真的间接光照。

烘焙 GI

• 使用 Progressive Lightmapper（CPU 或 GPU）将间接光照预先计算到光照贴图中
• 结果存储在光照贴图纹理和光照探针中
• 在 Lighting 窗口的 Bake 设置下进行配置
• GPU Progressive Lightmapper 支持配置图块大小，可缩短烘焙时间

环境光照

Lighting 窗口的 Environment 选项卡中提供三种环境光源：

• 天空盒：使用天空盒材质颜色，从不同角度提供环境光
• 渐变：分别设置天空、地平线和地面颜色，并平滑混合
• 颜色：在整个场景中提供均匀的环境光

强度乘数（0-8，默认值为 1）用于控制环境光亮度。

环境反射

• 来源：天空盒或自定义 Cubemap/RenderTexture
• 可配置分辨率、压缩和强度乘数
• Bounces 设置用于控制对象之间反射计算的迭代次数

光照探针与自适应探针体积

光照探针

• 在整个场景的空旷空间中捕捉光照信息
• 运行时，使用最近的探针对动态 GameObject 的间接光照进行近似计算
• 为移动对象提供间接反弹光，并支持 LOD 系统
• 必须使用 Light Probe Groups 手动放置
• 存储烘焙光照信息；同时适用于直接光照和间接光照

自适应探针体积（APV）

APV 是 URP 中用于替代手动放置光照探针的现代方案：

• 自动放置探针 —— 无需手动调整光照探针组的位置
• 逐像素光照 —— 与逐对象方案相比，质量更出色
• 场景烘焙 —— 使用烘焙集同时烘焙多个场景
• 运行时调整 —— 使用光照方案和天空遮挡实现动态变化
• 支持大型世界 —— 为广阔的开放世界环境提供流式加载数据
• 数据灵活性 —— 可从 AssetBundles 或 Addressables 加载
• 可配置探针密度和体积大小，并提供可视化工具

反射探针

将周围环境的球形视图捕获为立方体贴图，用于反射材质。

类型

类型	描述
烘焙	仅捕获静态 GameObject；性能最佳
自定义	使用自定义纹理捕获动态对象
实时	在游戏过程中更新；可配置刷新模式

主要属性

• 重要性：多个探针重叠时的渲染优先级
• 强度：着色器计算中的纹理亮度
• 盒体投影：为室内场景启用投影映射（需要 URP 配置）
• 盒体大小/偏移：决定反射贡献的世界空间包围盒
• 混合距离：延迟探针的混合距离

实时选项

• 刷新模式：唤醒时、每帧或通过脚本
• 时间分片：一次渲染所有面、单独渲染各面、不进行时间分片

粒子系统与 VFX Graph

功能	粒子系统	VFX Graph
模拟	基于 CPU	基于 GPU
粒子数量	数千	数百万
渲染管线	所有管线	仅限 URP/HDRP
创建方式	Inspector 模块	基于节点的图形编辑器
物理效果	内置碰撞	自定义碰撞块
脚本编写	完整的 C# API	基于事件的 C# API
子发射器	原生支持	GPU 事件上下文
最适合	小型/中型效果、移动平台	大规模效果、高端平台

选择指南：

• 目标平台为移动设备、效果简单、需要完全通过 CPU 端脚本控制，或目标为内置渲染管线时，请使用 粒子系统
• 需要海量粒子、GPU 驱动的模拟、复杂的基于节点的创作，或面向使用 URP/HDRP 的高端平台时，请使用 VFX Graph

粒子系统模块

模块	用途
Main	初始状态：生命周期、速度、大小、重力、模拟空间
Emission	粒子发射的速率和时机
Shape	发射体积/表面和起始速度方向
Velocity over Lifetime	根据粒子年龄修改运动
Noise	生成有机、混乱运动的湍流
Limit Velocity over Lifetime	实现自然减速
Force over Lifetime	模拟物理力
Inherit Velocity	子发射器粒子匹配父粒子的速度
Lifetime by Emitter Speed	根据发射器速度调整生命周期
Color over Lifetime / by Speed	根据年龄或速度改变颜色
Size over Lifetime / by Speed	根据时间或速度改变尺寸
Rotation over Lifetime / by Speed	改变方向
Collision	粒子与场景几何体碰撞
Triggers	将粒子指定为碰撞触发器
Sub Emitters	可发射其他粒子的粒子
Texture Sheet Animation	纹理网格动画帧
Trails	渲染运动轨迹
Lights	在粒子上生成实时光照
External Forces	风区和力场
Renderer	图像/网格变换、着色、过度绘制
Custom Data	为粒子附加自定义数据

VFX Graph 基础

系统

1. 生成系统：由单个生成上下文管理发射
2. 粒子系统：初始化 -> 更新 -> 输出的连续流程
3. 网格输出系统：单个网格输出上下文

Context

• Spawn：执行每个帧以计算生成数量。状态：Running、Idle、Waiting。可配置循环时长、计数和延迟
• Initialize：在粒子诞生时运行，设置初始状态。为新生成的粒子处理 Blocks。可配置边界和容量
• Update：每帧处理所有存活粒子。自动执行：位置积分、旋转积分、老化和回收
• Output：渲染粒子（Quad、Mesh 等）。没有输出端口。可自定义渲染 Blocks

图形元素

• Blocks：Context 中可堆叠的节点；每个节点处理一项操作；按从上到下的顺序执行
• Operators：低级属性工作流节点，连接到 Block/Context 端口
• Properties：可通过属性工作流连接
• Settings：每个 Context 中可编辑但不可连接的值

GPU 事件

实验性功能，由 GPU 计算事件（普通事件由 CPU 计算）。无法使用 Blocks 自定义。

常见模式（C#）

创建并配置灯光

using UnityEngine;

public class LightSetup : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        GameObject lightObj = new GameObject("Dynamic Light");
        Light light = lightObj.AddComponent<Light>();
        light.type = LightType.Point;
        light.color = Color.yellow;
        light.intensity = 2.0f;
        light.range = 15f;
        light.shadows = LightShadows.Soft;
        light.shadowResolution = UnityEngine.Rendering.LightShadowResolution.Medium;
    }
}

创建实时反射探针

using UnityEngine;
using UnityEngine.Rendering;

public class ProbeSetup : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        GameObject probeObj = new GameObject("Realtime Reflection Probe");
        ReflectionProbe probe = probeObj.AddComponent<ReflectionProbe>();
        probe.size = new Vector3(10, 10, 10);
        probe.mode = ReflectionProbeMode.Realtime;
        probe.refreshMode = ReflectionProbeRefreshMode.EveryFrame;
        probe.resolution = 256;
        probe.hdr = true;
    }
}

在运行时控制粒子系统

using UnityEngine;

public class ParticleController : MonoBehaviour
{
    ParticleSystem ps;

    void Start()
    {
        ps = GetComponent<ParticleSystem>();

        // Modify emission rate -- cache module in local variable first
        var emission = ps.emission;
        emission.rateOverTimeMultiplier = 50f;

        // Modify main module
        var main = ps.main;
        main.startLifetime = 3f;
        main.startSpeed = 5f;
        main.simulationSpace = ParticleSystemSimulationSpace.World;
    }

    void OnTriggerEnter(Collider other)
    {
        // Burst emit particles
        ps.Emit(100);
    }

    void OnDisable()
    {
        ps.Stop(true, ParticleSystemStopBehavior.StopEmittingAndClear);
    }
}

VFX Graph 运行时控制

using UnityEngine;
using UnityEngine.VFX;

public class VFXController : MonoBehaviour
{
    VisualEffect vfx;
    VFXEventAttribute eventAttr;

    void Start()
    {
        vfx = GetComponent<VisualEffect>();
        eventAttr = vfx.CreateVFXEventAttribute();

        // Set exposed properties
        vfx.SetFloat("SpawnRate", 100f);
        vfx.SetVector3("Direction", Vector3.up);
        vfx.playRate = 1.5f;
    }

    void OnTriggerEnter(Collider other)
    {
        // Send custom event with attributes
        eventAttr.SetVector3("position", other.transform.position);
        vfx.SendEvent("OnHit", eventAttr);
    }

    public void StopEffect()
    {
        vfx.Stop();
    }
}

按需刷新反射探针

using UnityEngine;

public class ProbeRefresher : MonoBehaviour
{
    ReflectionProbe probe;

    void Start()
    {
        probe = GetComponent<ReflectionProbe>();
        probe.refreshMode = UnityEngine.Rendering.ReflectionProbeRefreshMode.ViaScripting;
    }

    public void RefreshReflections()
    {
        probe.RenderProbe();
    }

    public bool IsReady()
    {
        return probe.IsFinishedRendering(probe.RenderProbe());
    }
}

反模式

灯光反模式

1. 实时灯光过多：每盏实时灯光都会增加逐帧开销。静态灯光请使用 Baked 或 Mixed
2. 忘记启用烘焙全局光照：未启用此功能时，Mixed/Baked 灯光会静默回退到 Realtime
3. 反射探针重叠但未设置 Importance 值：会导致闪烁；务必设置 Importance 以确定优先级
4. 使用 Area Lights 并期待其在运行时生效：Area Lights 仅用于烘焙；运行时不会产生光照
5. 忽略 Indirect Multiplier：保留默认值可能导致反弹光过亮或过暗；请针对每盏灯光进行调整
6. 未正确设置 Shadow Bias：值过低会导致自阴影伪影（shadow acne）；值过高会导致阴影悬浮（阴影与物体分离）
7. 在大型场景中手动放置 Light Probe：在 URP 中改用 Adaptive Probe Volumes（APV），以实现自动化的逐像素高质量效果

粒子系统反模式

1. 未缓存模块引用：每次访问模块结构体的属性都会立即写入原生代码；请缓存模块变量
2. 对附着效果使用 World 模拟空间：粒子会逐渐偏离移动的父对象；附着 FX 请使用 Local 空间
3. CPU 上的粒子数量过多：Particle System 受 CPU 限制；粒子数超过 10K 时，请考虑使用 VFX Graph
4. 忘记调用 Stop/Clear：即使不可见，未清理的粒子系统仍会消耗 CPU

VFX Graph 反模式

1. 在移动设备上使用 VFX Graph 实现简单效果：GPU 开销以及对 URP/HDRP 的要求，使其对于简单的移动端效果而言过于复杂
2. 未在 Initialize 中设置 Capacity：默认容量可能分配过多或过少的 GPU 内存
3. 忽略 Bounds：边界设置不正确会导致可见效果被剔除；务必在 Initialize Context 中配置边界
4. 每帧发送事件但不进行节流：SendEvent 会产生 CPU-GPU 同步开销；请批量处理事件派发或进行节流

关键 API 快速参考

Light（UnityEngine.Light）

成员	类型	描述
type	属性	LightType（Directional、Point、Spot、Area）
color	属性	发出的光线颜色
intensity	属性	亮度乘数
range	属性	最大距离（Point/Spot）
spotAngle / innerSpotAngle	属性	锥形光束的外角和内角
shadows	属性	LightShadows（None、Hard、Soft）
shadowResolution	属性	阴影贴图质量
shadowBias / shadowNormalBias	属性	减少阴影伪影
bounceIntensity	属性	GI 反弹强度
cookie	属性	投射的纹理遮罩
cullingMask	属性	基于图层的筛选
colorTemperature	属性	以开尔文为单位的 CCT
lightmapBakeType	属性	烘焙配置
bakingOutput	属性	上次烘焙的贡献详情
AddCommandBuffer()	方法	在指定时机执行 GPU 命令

ParticleSystem（UnityEngine.ParticleSystem）

成员	类型	描述
main / emission / shape	属性	模块访问结构体
particleCount	属性	当前活动粒子数
isPlaying / isPaused / isStopped	属性	播放状态
Play() / Pause() / Stop()	方法	播放控制
Emit(count)	方法	立即生成粒子
Simulate(time)	方法	快进模拟
GetParticles() / SetParticles()	方法	直接访问粒子数据
Clear()	方法	移除所有粒子
TriggerSubEmitter()	方法	激活子发射器

VisualEffect（UnityEngine.VFX.VisualEffect）

成员	类型	描述
visualEffectAsset	属性	指定或更改效果图
playRate	属性	模拟速度
aliveParticleCount	属性	活动粒子数
Play() / Stop() / Reinit()	方法	播放控制
SendEvent(name, attr)	方法	触发效果图事件
CreateVFXEventAttribute()	方法	创建事件载荷
SetFloat() / SetVector3() / etc.	方法	设置公开属性
GetFloat() / GetVector3() / etc.	方法	读取公开属性
HasFloat() / HasVector3() / etc.	方法	检查属性是否存在
ResetOverride(property)	方法	恢复原始值

ReflectionProbe（UnityEngine.ReflectionProbe）

成员	类型	描述
mode	属性	Baked/Custom/Realtime
size / center	属性	边界框配置
intensity / importance	属性	亮度和优先级
boxProjection	属性	启用盒形投影
refreshMode / timeSlicingMode	属性	实时更新配置
RenderProbe()	方法	强制刷新立方体贴图
IsFinishedRendering()	方法	检查分时渲染是否完成
BlendCubemap()	方法	混合两个立方体贴图

相关技能

• unity-graphics -- 渲染管线（URP/HDRP/内置）、着色器、材质、摄像机
• unity-2d -- 2D 光照（URP 2D Renderer）、精灵渲染
• unity-platforms -- 特定平台的光照质量等级、移动端优化

Additional Resources

• Lighting Overview
• Light Types
• Light Modes
• Light Probes
• Reflection Probes
• Adaptive Probe Volumes (URP)
• Particle System Modules
• VFX Graph Package
• Light Scripting API
• ParticleSystem Scripting API
• ReflectionProbe Scripting API