游戏中的全局光照是什么？

全局光照是一种用于3D游戏的照明技术，它通过模拟光线从表面反射并照亮附近物体时的行为，力求使场景看起来更加逼真。 更基础的技术依赖于所谓的“直接照明”，即光源仅照亮某个物体而不照亮其他物体，但这与现实世界中光线的作用方式并不一致。通过全局光照（或称“间接照明”），光线可以从物体上反射，并照亮附近的物体，从而呈现出更加逼真、自然的效果。

想象一下，外面阳光明媚，但你正望着一间昏暗房间的内部——房间的墙壁上装有窗户，而这些窗户上拉着遮光百叶窗。当你拉起百叶窗时，阳光便开始倾泻进房间。如果你使用基本的布光技巧，光线会照射到地板上，形成硬边，只照亮地板的特定区域，看起来就像地板上开了一个窗户，或者是一块矩形的光斑。

在全局光照下，这束光会向上反射，照亮天花板以及房间的其他部分。在这种情况下，以及在现实世界中，如果地板上的光线足够强，能够照射到附近的物体，那么地板就会成为光源。你可以想象，透过窗户射入的光线能很好地照亮房间的大部分区域，而不仅仅是照亮地板。你可以在下面的视频中看到具体效果。

具体效果取决于游戏本身以及光照的实现方式，因此结果会大相径庭。你很少会看到非常硬朗的阴影，因为光线在现实世界中的行为通常并非如此。下面是现代游戏中三种阴影效果的示例，你可以亲自判断这些效果是否逼真。

该游戏提供了全局光照和光线追踪作为可选功能以提升画质，下面我们将向您展示其效果。

首先，我们禁用了光线追踪，并将全局光照分别设置为“低”和“高”两档运行了游戏。如下图所示，两者之间几乎没有任何可见差异：台灯在底座周围投射出非常生硬且不真实的阴影，光照区域与非光照区域之间还存在一条明显的分界线。

接下来，我们启用了全光线追踪（也称为路径追踪），并将全局光照设置为“高”。差异非常显著。如下图所示，光线现在散射在支撑灯具的立柱底部周围，非常柔和，基本上覆盖了整个区域，光线从岩壁上反射出来，同时也照亮了地面。 之前存在的硬阴影已经消失，场景周围的岩壁将光线反射到各个方向。

《赛博朋克2077》采用了支持全局光照的光线追踪技术，启用光线追踪后，我们可以看到一个生动的间接照明示例。在禁用光线追踪时，场景右侧的立柱几乎一片漆黑；而启用光线追踪后，这些立柱便被照亮了，这是因为墙上的招牌将光线投射到了立柱前方的地面上。

这款游戏内置了全局光照，但有一个选项可启用“光线追踪间接漫反射照明”，这能为表面增添一些光照高光。在这些截图中，请注意光源上方的管道，当你左右滑动时，可以看到在启用间接照明后，它几乎完全被照亮了。

其主要缺点在于，该技术通常与光线追踪技术结合使用，因此需要一台性能强大的显卡才能以60帧/秒的帧率运行游戏，不过画质提升技术和帧生成技术可以起到一定帮助。 另一个缺点是，由于该技术需要性能强劲的GPU，且若要将其内置到游戏中，开发人员需要投入大量工作，因此目前支持该技术的游戏并不多。通常只有《赛博朋克》、《印第安纳·琼斯》、《地铁：离去》、《阿凡达：潘多拉边境》等AAA级单人游戏以及类似作品才支持该技术。

全局光照的主要优点在于它能让游戏画面看起来更逼真。它会计算光线在现实世界中如何反射并照亮附近的物体，通常效果非常出色。

事实并非如此，我们可以这样理解：全局光照是渲染过程的结果，而光线追踪只是实现这一最终效果的一种方式，但并非唯一的方式。 美术师和程序员可以通过提前投入大量工作来模拟这一效果——计算光线反射路径，然后将这些光照效果烘焙到游戏的纹理和环境中。如果这需要消耗过多资源，他们可以依靠光线追踪技术，该技术能够在游戏中实时处理，但这会带来巨大的性能开销，因为目前大多数玩家的硬件还无法以60帧每秒的帧率运行光线追踪。