遊戲中的「全局光照」是什麼？

全局照明是一種用於 3D 遊戲的照明技術，旨在透過模擬光線從表面反射並照亮附近物體的行為，使場景看起來更逼真。 較基礎的技術仰賴所謂的「直接照明」，即光源僅照亮單一物體而不影響其他物體，這與現實世界中光線的運作方式並不相同。透過全域光照（或稱「間接照明」），光線可以從物體表面反射，並同時照亮附近的物體，使畫面看起來更加逼真且自然。

試想一個陽光明媚的日子，但你正望著一間昏暗房間的內部——房間的牆面沿著一排窗戶，而那些窗戶上裝有遮光百葉簾。當你拉起百葉簾時，陽光便開始傾瀉而入。若你採用基本的照明技巧，光線會照射在地板上，並形成硬邊界，僅照亮地板的特定區域，看起來就像地板上出現了一扇窗，或是一個矩形的光斑。

在全向照明的情況下，那道光會向上反射，同時照亮天花板以及房間的其他部分。在這種情況下，以及在現實世界中，如果地板有足夠的光線能傳遞到附近的物體上，它就會成為光源。你可以想像，透過窗戶射入的光線會將房間的大部分區域照得相當明亮，而非僅僅照亮地板。你可以在下方的影片中看到實際效果。

實際呈現效果取決於遊戲本身以及光照的實現方式，因此結果會大不相同。你很少會看到非常硬的陰影，因為這通常不符合現實世界中光線的行為模式。以下是現代遊戲中三種呈現效果的範例，你可以自行判斷這些效果是否看起來逼真。

這款遊戲提供全球光照與光線追蹤作為可選功能，以提升畫面表現；以下我們將向您展示實際效果。

首先，我們關閉了光線追蹤功能，並將全局光照設定為「低」和「高」兩種模式來執行遊戲。如下圖所示，兩者之間幾乎完全看不出任何差異，燈具在底座周圍投射出非常生硬且不真實的陰影，光線照射與未照射的區域之間還有一條明顯的分界線。

接著，我們啟用了完整的光線追蹤（亦稱為路徑追蹤），並將全局照明設定為「高」。兩者的差異相當顯著。如下方所示，光線現在散射在支撐燈具的柱子基部周圍，呈現非常柔和的漫射效果，基本上遍及整個區域，光線從岩壁上反射，同時也照亮了地面。 先前存在的硬陰影已不復存在，場景周圍的岩壁將光線反射到四面八方。

《駭客任務 2077》具備可實現全局光照的路徑追蹤技術，而啟用路徑追蹤後，我們便能看到間接照明的生動示範。當關閉光線追蹤時，場景右側的柱子幾乎一片漆黑；但啟用路徑追蹤後，這些柱子便會被照亮，這是因為牆上的標誌將光線投射到柱子前方的地板上。

這款遊戲內建了全局光照效果，但也有一個選項可啟用「光線追蹤間接漫反射照明」，這能為表面增添一些光影高光。在這些截圖中，請邊左右滑動邊觀察光源上方的管子，你會發現當啟用間接照明時，它幾乎完全被照亮了。

其主要缺點在於，這項技術通常需搭配光線追蹤使用，因此若要以每秒 60 幀的幀率運行遊戲，便需要一顆強大的 GPU，儘管畫質提升技術與幀生成技術能有所助益。 另一項缺點是，由於這項技術需要強大的 GPU，且若要將其內建於遊戲中，開發者還需投入大量心力，因此目前僅有少數遊戲採用。這項技術通常只見於《賽博朋克》、《印第安納瓊斯》、《地鐵：離去》、《阿凡達：潘朵拉邊境》等 AAA 級單人遊戲及其類似作品中。

全域光照的主要優點在於它能讓遊戲畫面看起來更逼真。它會計算光線在現實世界中會如何反射並照亮附近的物體，通常呈現的效果非常出色。

事實並非如此，我們可以這樣理解：全局光照是渲染過程的結果，而光線追蹤只是實現該結果的一種方式，但並非唯一的方式。 美術師和程式設計師可以透過事先投入大量工作來模擬全球光照——計算光線的反射次數，並將這些光照效果烘焙到遊戲的貼圖和環境中。如果這需要過多的資源，他們也可以仰賴光線追蹤技術，該技術能夠在遊戲中即時處理，但這會帶來相當大的效能代價，因為目前大多數玩家還沒有具備足以在 60 fps 下運行光線追蹤的硬體。