【UE4乾貨】光照強度相關計算公式,讓你的光照不再生硬

2021-03-02 晶核資訊

昨天小晶收到一張群友的圖:

是不是感覺有些不對勁,但是又說不上來?仔細一想,這特麼光源怎麼看怎麼奇怪啊。室內的光源完全沒有加好,那麼針對這個問題,我們今天就來講一下——UE4中的物理光。

文章開始前順便提一嘴,小晶這個技術水平,那是大家有目共睹的——菜。

今天的文章,小晶參考了知乎日天大佬的文章:

目前有五個系列,如果覺得小晶說的不夠全面,大家可以點擊閱讀原文前往連結進行學習~

開始今天的內容之前,小晶先說一下,在虛幻4中擁有模擬物理環境下,燈光強度的能力,所以在現實中計算出物理光強度的數值,即可在虛幻4中真實展現。

上面說了這麼多,接下來便是一些物理知識了,在物理中,光的概念分為以下幾種:

1.光強:每單位立體角在給定方向上由光源發射的發光功率或可見光的量

2.光通量:燈每秒在所有方向上發出的光量

3.光照度:1流明的光通量均勻分布在1平方米表面上所產生的光照度,接收面上一平方表面的光照強度,指的是光到達這個表面時候的強度。

4.亮度:單位光源面積在法線方向 上,單位立體角內所發出的光流;接收面上一平方表面的光反射的強度,指的是物體反射出來的強度。

如果用演示圖表示的話,大概是這樣_(:з」∠)_

理解光的屬性後,我們便可以根據相關公式進行計算,從而避免造成光線過曝或過暗。

在4.21版本更新中,虛幻4已經可以自動轉換燈光單位,所以我們不必擔心實際計算與操作中不一致的問題。

實際操作中,我們可能會使用到下面幾種光源類型:方向光,點光,聚光,面光,天光。如圖所示

定向光使用Lux為單位,並且無法切換燈光單位。

天光使用cd/m²為單位,也無法切換燈光單位。

點光默認單位為cd,並可以切換Unitless以及Lumens(lm)。

聚光同上。

面光同上。

定向光單位設置為Lux:這個定向光在發射過程中沒有怎麼衰減,不管什麼距離,光到達那個表面都是單位Lux,這裡我們便獲取到了定向光的光照度。在陽光下的地表接收到的光照度將是100000Lux左右,我們便可以直接設置定向光的強度為100000Lux。(前提是配合相應的EV曝光值。)

skylight天光:的單位為cd/m²,我們可以把skylight強度調成5000cd/m²或自己所需的數值。(前提是配合相應的EV曝光值。)

點光:那我們怎麼算出某個單位的點光到某個距離的光照度呢?

首先我們先換算出Lumens(流明),根據Epic官方公式:1cd=625個無單位=1lm/sr

接著是光照強度的計算,公式Lux=Lumens/m²=cd*sr/m²

例如:1cd在1m距離為1Lux,2m處為1/4Lux,3m處為1/9Lux。

然後是聚光燈的數值:Φv=IvXΩ

也就是:流明=坎德拉*Ω lm=cd*Ω

從光束角度到立體角(立體角)的轉換使用以下公式:Ω=2π*[1-cos(θ/2)]


最後得出

Lumens=Candelas* 2π * [1 - cos(θ/2)] lm=cd*2π* [1 - cos(θ/2)]

配合Lux=Candela/distance²
我們可以算出,600lm的聚光燈在88度角時,在2m距離,它的照度是85.06101504lux

本期知識點多涉及到一些光線的物理知識,相對來講會無聊一些。。。如果小夥伴對光線方面有疑問的話也可以在留言區對我們進行提問,小晶會在第一時間進行問題收集並交給技術大大來解決的~

下期我們會講解關於lod所遇到的問題

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