物理照明单位

说明如何使用基于物理的照明单位。

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虚幻引擎4(UE4)中的光源是使用基于物理的照明单位定义的,因此可以输入已知的可测量值来实现完全真实的照明效果。除了支持不同照明单位的光源类型外,针对眼部适应(或自动曝光)的后期处理现在支持扩展范围的值,并用EV100(ISO 100)表示。有了基于物理的照明单位和自动曝光,无需使用“神奇”数字,也不需要美术用“肉眼”观察不同值,就可以更轻松地创建逼真的照明效果。 

用于光照强度的光照单位

每种类型的光源在选中后,会在“细节”(Details)面板中的 强度(Intensity) 值旁边显示基于物理的照明单位。 

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对于这些类型的光源,其强度显示如下:

  • 定向光源 使用 定向法线照度,表示为**勒克斯**,等于每平方米一个流明。

  • 天空光照作为静态光源的自发光材质 使用表示为 每平方米烛光(cd/m2)的照度。

  • 点光源聚光源矩形光源 可以在以下照明单位之间选择:

    • 烛光(cd)是对一个球面度(sr)的立体角范围内均匀发出的发光强度的测量。例如,光源设置为1000 cd会在一米处测量到1000勒克斯。

    • 流明(lm)是对照射到一个球面体角度内的光通量的测量。在光度测定中,光通量(或发光能力)测量的是光照感知能力。无论分布情况如何(宽或窄),发出的总能量是相同的。

    • 无单位 是特定于引擎的照明强度值,保持与虚幻引擎4.19之前的引擎版本的兼容性。

定向光源

定向光源 表示为 定向法线照度勒克斯(lx),它表示在垂直于(或正交于)太阳光线的表面上,由直接太阳辐射的可见部分在地球上产生的照度。它表示的是落在一个表面上的照明总量。

自发光表面

自发光表面用 每平方米烛光(cd/m2)来表示,它指定在增加任何光照之前的像素照度。

天空光照

天空光照 使用像素强度乘以光照强度,所得结果即为总照度,在HDR中用cd/m2表示。例如,如果将HDR像素视为筛选器,这些像素范围是0-1.0,天空光照设置为强度1000 cd/m2,则产生的照度为1.0 * 1000 cd/m2。

作为静态光源的自发光材质

对于支持按Actor设置 使用自发光实现静态照明应用于静态网格体的自发光材质,使用表面照度来将照明烘焙到场景中。 

点光源、聚光源和矩形光源

对于 点光源聚光源矩形光源,您可以指定启用了 逆平方衰减(Inverse Squared Falloff) 的任意光源的单位类型。您可以使用光源的“细节”(Details)面板来将 强度单位(Intensity Units) 设置为 烛光(Candela)流明(Lumen)无单位(Unitless)

逆平方衰减(Inverse Squared Falloff) 是基于物理的距离衰减,衰减半径仅限制所有三种照明单位类型支持的照明影响。禁用时,只有 无单位(Unitless) 可用。如果您不希望在光源附近有强光源,因此放置了低强度补充光源,则可以使用禁用了“逆平方衰减”(Inverse Squared Falloff)的光源。

Settings_LightUnitType.png

点光源、聚光源和矩形光源的默认单位类型可以在 项目设置(Project Settings)>渲染(Rendering)>默认设置(Default Settings) 中设置。

各种单位之间的关系如下所示:

  • 1 cd=625个无单位

  • 1 cd=1 lm/sr

请注意,光源强度用 烛光 定义时,不受椎角的影响。另一方面,光源强度用 流明 定义时,发光能力仅应用于受光源影响的立体角,用 球面度(sr)计算。

对于 点光源,受光源影响的立体角为4π sr:

  • 照度(1 lm)≈49.7 * 照度(1个无单位)

  • 照度(1 cd)≈12.6 * 照度(1 lm)

对于 点光源,立体角定义为2π * (1 - cos(θ)),其中θ是光锥半角:

  • 照度(1 lm)≈99.5 / (1 - cos(θ)) * 照度(1个无单位)

对于默认椎体,θ = 44°,立体角大约为1.76 sr:

  • 照度(1 lm)≈354 * 照度(1个无单位),针对默认聚光源。

  • 照度(1 cd)≈1.76 * 照度(1 lm),针对默认聚光源。

如果以流明表示光源强度,则椎角越小,来自光源的表面照度越强。

对于 矩形光源,立体角定义为2π sr:

  • 照度(1 lm)≈199 * 照度(1个无单位)

  • 照度(1 cd)≈3.14 * 照度(1 lm)

提示和建议

下面是充分利用基于物理的照明工作流程的一些建议: 

  • 如果放置照明后导致图像变白,表示自动曝光范围可能过于局限。考虑增大 自动曝光最大值EV100(Auto Exposure Max EV100)(和 柱状图最大值EV100(Histogram Max EV100))。

  • 如果反光表面出现黑斑等瑕疵,表示场景颜色缓冲可能溢出。要解决这个问题,启用“项目设置”(Project Settings)中的 应用预曝光后再写入场景颜色(Apply Pre-Exposure before writing to the scene color),或者减少场景中的光照亮度。

  • 不要忘记场景已经应用了一些默认后期处理设置(即使不存在后期处理体积也是如此)。这些默认设置可能会对摄像机设置产生意想不到的影响。建议在场景中放入后期处理体积,这样您可以按需更改这些设置。 

  • 如果将项目设置更改为使用扩展默认亮度范围,则会破坏现有的曝光配置。您必须手动迁移/重新配置这些资源的设置,这样才可以安全地从流程起点开始操作。 

  • 自动曝光柱状图可能会受到稳定性问题的影响,场景中的一个微小变化会产生稍有不同的曝光值。为解决这个问题,将 柱状图最小值(Histogram Min)最大值(Max) 范围降低到场景中实际使用的值左右。要查看使用值,请启用 可视化HDR(Visualize HDR) 显示标志。

一般注意事项

必须要特别注意的是,避免在资源和实例之间发生默认值传播问题。建议从另一个光源实例化的任意光源(通过蓝图或默认对象)保持与父代相同的照明单位。另一方面,已在使用的光源不应更改其单位。这样可以保证更改默认值会产生预期行为,并正确传播到实例,有助于防止破坏现有实例。

点光源、聚光源和矩形光源的默认项目 照明单位 可以在 项目设置(Project Settings)>渲染(Rendering)>默认设置(Default Settings) 中设置。 

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