使用基于图像的照明

简介

Qt Quick 3D 支持 IBL（基于图像的照明）技术，用于为场景或单个材质提供照明。

IBL 是一种利用图像为场景提供照明的照明技术。当您希望在室内和室外场景中创建逼真的照明和反射效果时，该技术特别有用。

您可以使用任何图像文件进行 IBL，但建议使用 360º HDR（高动态范围）图像。与 JPEG 或 PNG 图像相比，HDR 图像的动态范围要高得多。更高的动态范围通过从非常亮到非常暗的广泛亮度级别，提供了更逼真的照明效果。

以下示例展示了使用HDR图像与单个定向光源对物体产生的照明效果对比：

场景照明

若要使用图像为scene 提供照明，需将该图像作为Texture 添加到lightProbe 属性中。

lightProbe: Texture {
    source: "maps/OpenfootageNET_garage-1024.hdr"
}

选择图像后，场景中的IBL即已设置完成。默认情况下，场景中的所有模型都会受到光探针的照射。

现在您已为场景设置了 IBL，让我们来看看探针的各项属性。在大多数情况下，默认值就能提供令人满意的效果，但您也可以根据图像和期望的效果调整以下属性值：

• Exposure 光探针发出的光量。
• Horizon Cut-Off 增加该值会使环境的下半部分变暗（变黑），从而迫使光线主要来自图像的上半部分（并消除下半部分的特定反射）。
• Orientation 此属性用于定义光探针的朝向。朝向通过欧拉角（以度为单位）沿 x、y 和 z 轴进行定义。

材质照明

若要仅对单个材质（而非整个场景）使用基于图像的照明，或者对已由基于图像的照明照亮的模型使用单独的光探针，请将该图像设置为该材质的“light probe ”。

完成上述步骤后，该材质便会拥有一个独立的光探针。如果场景中已指定光探针，此光探针将覆盖场景光探针。

预生成 IBL 立方贴图

使用 IBL 时，应用程序需要为 IBL 图像生成一个立方贴图。默认情况下，此操作在应用程序启动时进行，速度可能相当慢，尤其是在嵌入式和移动设备上。因此，可以使用Balsam 预先生成此立方贴图。 只需将 .hdr 文件作为输入运行Balsam，它就会输出一个与输入文件同名但扩展名为 ktx 的立方贴图文件。随后，可以在 lightProbe 属性的关联Texture 中引用该文件，Qt 便会在运行时加载预生成的立方贴图，而无需进行任何耗时的处理。

手动烘焙

举个例子，假设应用程序使用 .hdr 图像作为其光探针或天空盒：

View3D {
    environment: SceneEnvironment {
        backgroundMode: SceneEnvironment.SkyBox
        lightProbe: Texture {
            source: "environment.hdr"
        }
        probeOrientation: Qt.vector3d(0, -90, 0)
    }
    // ...
}

只要运行时环境文件 environment.hdr 可用，这种方式完全可行。然而，加载 .hdr 图像需要进行耗时的预处理。可以通过执行以下操作来避免这一点：

balsam environment.hdr

生成的结果是一个新文件environment.ktx 。将此文件代替 .hdr 文件发布，并修改纹理来源，可显著加快加载速度。

lightProbe: Texture {
    source: "environment.ktx"
}

通过 CMake 进行构建时烘焙

手动对资源运行 balsam 并不总是理想的选择。因此，建议应用程序依赖 CMake，在应用程序构建时自动执行相同的任务。

这可以通过使用 Qt6 包中 Quick3D 组件提供的qt_add_lightprobe_images()CMake 函数来实现：

...
find_package(Qt6 COMPONENTS Quick3D)
...
qt_add_lightprobe_images(application_target "ibl_assets"
    PREFIX
        "/ibl"
    FILES
        "environment.hdr"
)

将 `application_target ` 替换为相应的目标。 这样一来，就无需再手动对 environment.hdr 运行 balsam，也不需要将 .hdr 文件随应用程序一起发布。相反，在构建过程中会自动调用 balsam，并且会在:/ibl/environment.ktx 路径下向应用程序资源中添加一个 environment.ktx 文件。随后，lightProbe 的Texture 属性需要引用该文件。

lightProbe: Texture {
    source: "qrc:/ibl/environment.ktx"
}

除了 PREFIX 之外，还可以使用 BASE 关键字。其行为与qt_add_resources() 一致。例如，以下代码将生成:/ibl/maps/environment.ktx ：

qt_add_lightprobe_images(application_target "ibl_assets"
    PREFIX
        "/ibl"
    BASE
        "../data/shared"
    FILES
        "../data/shared/maps/environment.hdr"
)

与qt_add_shaders() 类似，OUTPUTS 关键字可用于为资源系统中的文件指定完全自定义的名称。例如，以下代码同样会生成:/ibl/maps/environment.ktx ：

qt_add_lightprobe_images(application_target "ibl_assets"
    PREFIX
        "/ibl"
    FILES
        "../data/shared/maps/environment.hdr"
    OUTPUTS
        "maps/environment.ktx"
)