1. Lumen - Introduction

1 Summary

本系列是作者基于对 UE5 Lumen 源码以及网上资料的学习，而形成对 Lumen 实现原理的介绍。Lumen 是UE5的实时全局光照解决方案，其中包含了众多技术的工程化，本文先总体介绍 UE5 Lumen 的组成部分，之后再对各组成部分详细描述。

2 Global Illumination

老生常谈，全局光照在实时渲染性能的限制下，最多只能达到 1/2 spp的光线开销，而高质量的间接光需要成百上千的光线数量。对此，一方面提出了各种 spatial-temporal 技术来变相提高采样率；另一方面有基于probe 的 DDGI 或者 VXGI 等，来离散化采样场景，从而得到场景间接光的低分辨率表示。

仅仅这些技术还无法是的全局光照在大场景下开启，还需要考虑实际的工程实现问题。例如，在计算光线radiance时，即着色光线交点，需要考虑：

• 材质数量庞大，需要非常多的材质pass，开销异常高
• 大场景世界范围很大，需要的world probe数量也会很高，实时更新全部 world probe 是不现实的
• 光源数量同样可能会很多，需要应用many-lights技术
• 等等

Lumen 作为一个庞大的实时全局光照系统，不仅杂糅了很多技术，而且工程实现上有很多实时性能上的权衡，主要包含以下组成部分：

• surface cache：直接光照只需要关注相机看到的部分，而间接光照需要处理次级光线及之后的光照信息，也就是不依赖于相机的全局信息。surface cache 是基于mesh card构建的参数化空间（可近似理解为有误差的texture space），缓存物体表面上用于间接光照的数据，包括材质、表面的直接光照计算、表面的radiosity。surface cache由于定义在物体表面上，不随相机而改变，因此在多帧之间具有一致性。
• radiance cache probe：
• screen probe：
• reflection：
• 光追：