基本原理
球谐光照的核心思想是将环境光照分解为一系列球谐函数。这些函数是定义在球体表面的基函数，任何在球体上变化的光照都可以通过这些基函数的线性组合来表示。通过对场景中每个物体的表面进行 SH 光照计算，可以捕捉到环境光照的复杂性。
SH 光照的关键优势在于其预计算能力。这意味着可以预先计算出光照信息，并在运行时快速应用。这种特性使得 SH 光照非常适合用于动态光照环境，例如场景中存在移动光源或环境光照发生变化的情况。由于预计算的性质，它可以有效减少实时渲染的计算量，提高帧率。
实现步骤
SH 光照的实现通常包含以下步骤：
- 环境光照采样： 从环境贴图中采样光照信息，得到光照强度在不同方向上的分布。
- SH 系数计算： 将采样得到的光照信息投影到球谐函数上，得到 SH 系数。这些系数代表了光照在不同球谐基函数上的贡献。
- 物体表面光照计算： 对于场景中的每个物体，计算其表面在不同方向上的光照。这涉及到使用物体的法线方向和 SH 系数来计算光照强度。
- 阴影计算 (可选)： SH 光照可以与阴影技术结合使用，例如阴影贴图，来提高渲染的真实感。
优点与缺点
SH 光照具有许多优点，包括：
- 计算效率高： 通过预计算和低频近似，减少了实时渲染的计算量。
- 支持动态光照： 可以有效地处理场景中移动光源和环境光照变化的情况。
- 节省内存： 相比于其他基于图像的光照技术，SH 光照需要的内存更少。
当然，SH 光照也有其局限性，例如：
- 低频信息： SH 光照更适合于表示低频光照信息，对于高频细节的捕捉能力有限。
- 光照泄漏： 在某些情况下，可能会出现光照泄漏的问题，导致阴影边缘不够清晰。
应用场景
SH 光照广泛应用于游戏开发、虚拟现实 (VR) 和增强现实 (AR) 等领域。它能够为这些应用提供高质量的视觉效果，同时保持良好的性能。例如，SH 光照可以用于模拟场景中的间接光照、全局光照等复杂的光照效果。
结论
球谐光照是一种强大的实时渲染技术，通过预计算和低频近似的方式，在计算效率和视觉质量之间取得了很好的平衡。它在游戏开发、虚拟现实等领域有着广泛的应用前景，并且持续发展和改进中，例如结合更多的技术以提升质量和性能。