Light Unit

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# survey

> [mat][pbr][frostbite]Moving%20Frostbite%20to%20Physically%20based%20rendering%203.0.pdf

![title](/api/file/getImage?fileId=67790ccac6875df6b827f138)

> - 一般精准光源(如平行光)的直接光照时，光源单位光使用lux(lm/m^2)，相当于是乘过立体角的，这样相当于乘了渲染方程的微元立体角。
> - 平行光的luminance一般为1.6*10^9 nit，但是我们一般使用12w lux的强度作为其能量，这是因为其立体角在0.000066左右，所以乘了其立体角之后就变成12w了。
![title](/api/file/getImage?fileId=67790d0cc6875df6b827f139)
> - 点光/聚光灯一般以lm或者cd为单位，并以单位立体角上的强度作为着色表面入射的辐射照度E(不带单位1/sr，单位还是lm，相当于乘了1 sr)，然后现经过平方反比衰减(E的单位变为lm/m^2，真正成为irradiance/illuminance)。然后经过RTE乘以brdf(单位1/sr)之后得到出射的radiance/luminance。

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# old
1. 辐射度量

![title](/api/file/getImage?fileId=66d81d88c6875df6b827e94e)

球面度(solid angle)。sr。

辐射通量(radiant flux)。单位时间的辐射能。瓦特(W)，焦耳每秒(J/s)。$$\Phi = \frac { dQ } { dt }$$

辐射强度(radiant  intensity)。单位立体角的辐射通量。单位为瓦特每球面度(W/sr)。$$I = \frac { d\Phi } { d\Omega }$$

辐射亮度(radiance)。光源方向的垂直方向上的单位表面积单位立体角所发出的辐射通量。也可以说是单位表面积所发出的辐射强度。瓦特每球面度平方米（W/(sr * m^2)）。 $$L = \frac {dI} {dA^{\bot}}$$

辐射照度(irradiance)。光在单位表面积所发出的辐射通量。瓦特每平方米(W/(m^2))。 $$E = \frac {d\Phi} {dA}$$

brdf单位：1/sr。

$$\color{red} { L(p, \vec{v}) = \int_{\vec{l}_i \in \Omega} f(p, \vec{l}_i, \vec{v}) \ast L(p, \vec{l}_i) \ast (\vec{n} \cdot \vec{l}_{i}) \ast d\vec{l}_i }$$

$$\frac{W}{sr * m^2} = \int \frac{1}{sr} * \frac{W}{sr * m^2} * sr$$

所以入射光源是radiance。被积函数除去brdf之外的部分是irradiance。出射光线是radiance，也是最后看到的颜色。
2. 光度量
![title](/api/file/getImage?fileId=66d81d98c6875df6b827e94f)

![title](/api/file/getImage?fileId=66d81d9cc6875df6b827e950)
https://zhuanlan.zhihu.com/p/156877301

Lumen : lm

Lux : lx; lm/m^2; cd*sr/m^2; 单位面积

Candela : cd; lm/sr; 单位立体角

Nit : cd/m^2; lm/(sr * m^2); lx/sr 单位立体角单位面积

3. 单位转换

发光效率/光效 K = 683.002 lm/W
ConvertPointLightLumenToCandela(float intensity
4. 点光

4.1 点光单位使用 Lumen
4.2 点光单位使用 cd
4.3 点光单位使用 Lux

4.4 代码流程

cpu

gpu

Context.Infinitesimal.LightColor = LightData.Color

USpotLightComponent::SetLightBrightness

问题：
4.5 计算流程

5. 平行光

FDirectionalLightData
FLocalLightData

FLightShaderParameters

FDeferredLightData

聚光

面光

6. 统一参数面板

统一光源ub
cpu侧：forward: 不同光源属于不同的ub
  Deferred: 不同光源都有相同的ub，但使用不同的pass去render lighting
gpu侧：forward: 不同光源通过getXXXLightData组成不同的data，再通过ConvertToDeferredData形成相同的参数，然后复用deferred的光照流程
Deferred: 不同光源都使用相同的参数，走相同的光照流程。但在光照函数内部会根据type判断走不同的光源处理。

目前引擎里使用的是forward，所以不使用相同的参数也无伤大雅，但也可统一一下，但不推荐在光照函数内部根据type来判断。

平行光打光参考
![title](/api/file/getImage?fileId=66d81de3c6875df6b827e951)
![title](/api/file/getImage?fileId=66d81de7c6875df6b827e952)

注意

Source angle 对物理大气单位的影响 congcong
SH之后有小于0的情况导致不守恒

Source angle 对 L的影响 -- disk area 平行光

SunSphereAreaApproximation_Frostbite

平行光光源为Top光源Lux，需要转化
![title](/api/file/getImage?fileId=66d81df7c6875df6b827e953)
frobstbite（close bloom）（source rot = 10）
![title](/api/file/getImage?fileId=66d81e04c6875df6b827e954)

Unreal 方案

按照统一的Capsule Light 计算
SourceLength = 0
LightParameters.SourceRadius = FMath::Sin( 0.5f * FMath::DegreesToRadians( LightSourceAngle ) );
FLightAccumulator AccumulateDynamicLighting
FAreaLightIntegrateContext CreateCapsuleIntegrateContext

1. Change NoL
2. ToLight = ClosestPointLineToRay( Capsule.LightPos[0], Capsule.LightPos[1], Capsule.Length, R );

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