CPU Lightmass グローバル イルミネーション

Lightmass は、エリア シャドウイングやディフューズの相互反射のようなライトの複雑な相互作用を含むライトマップを作成します。可動性が固定か静的に設定されているライトのライティング効果を計算するために使用されます。

エディタと Lightmass 間のやり取りは Swarm Agent によって処理されます。Swarm Agent は、ライティング ビルドのローカルでの管理や、ライティング ビルドのリモート マシンへの配布を行います。Swarm Agent (Swarm エージェント) はデフォルトでは最小化された状態で表示されています。これは、ライティングのビルド処理の追跡、作業中のマシン、作業の対象、スレッド数などに関する最新情報をレポートします。

Swarm Agent のサンプル画像を以下に示します (最下部近くのバーは、ビルドがどの程度完了したかを示しています)。

静的ライトと固定ライトの機能

ディフューズの相互反射

ディフューズの相互反射 は、グローバル イルミネーションにおけるライティング エフェクトで視覚的に最も重要な要素です。デフォルトでは、ライトはLightmassでバウンスします。これのすべての方向にバウンスする光の量 (および色) は、マテリアルの BaseColor の時間で制御します。このエフェクトは、カラー ブリーディングとも呼ばれます。ディフューズの相互反射は、すべての方向に均等に反射する入射光です。つまり、見る方向や位置の影響を受けません。

これは Lightmass によってビルドされたシーンで、単一の指向性ライトと直接ライティングのみが表示されています。光が直接当たっておらず見えない領域は黒になっています。また、グローバル イルミネーションも無効になっています。

これは、最初のディフューズのグローバル イルミネーションのバウンスがどのように見えるのかを示しています。左側、椅子の後ろのシャドウを見てみると、これは間接ライティングのシャドウとなっています。しがって、間接シャドウと呼ばれています。ディフューズ バウンスの輝度と色は、入射光と、光が相互作用するマテリアルのディフューズ時間によって異なります。光の一部が反射する代わりにサーフェスに吸収されるため、各バウンスは前のバウンスよりも暗くなります。柱の根元は、直接光が当たる領域に近いため、他のサーフェスよりも間接ライティングが多くなっています。

これは、2 回目のディフューズ バウンスです。光はより減衰し、均一に分散されています。

そして、これは 4 つのディフューズ バウンスを組み合わせたシーンです。グローバル イルミネーションをシミュレートすると、フィルライトを手動で配置するよりもはるかに詳細でリアルなライティングが作成されます。間接シャドウは、フィルライトでは使用できません。

以下に示すように、反射光は、下にあるマテリアルのディフューズ カラーを拾います。カラー ブリーディング (色のにじみ) という用語は、これに由来します。カラー ブリーディングは、彩度の高い色で最も顕著に現れます。プリミティブ、マテリアル、またはレベルで [Diffuse Boost (ディフューズ ブースト)] を上げると、エフェクトを強くできます。

キャラクター ライティング

Lightmassはサンプルを Lightmass Importance Volume 内の均一な 3D グリッドに低解像度で配置します。また、キャラクターが上を歩く可能性が高い上向きのサーフェスの上にも高解像度で配置します。各ライティング サンプルは、すべての方向からの間接ライティングをキャプチャしますが、直接ライティングはキャプチャしません。

最初の画像は、床の上に配置されたライティング サンプルのデバッグ ビジュアライゼーションです。2 番目の画像は、lit (リット) モードでの同じシーンです。赤いタペストリーの上のサンプルが赤い反射光をどのように拾っているのかに注目してください。サンプルは単色で視覚化されていますが、実際にはすべての方向からライティングを得ています。

次に、間接ライティング キャッシュは、これらのライティング サンプルを使用して可動オブジェクトの間接ライティングを補間します。間接ライティングは、ライト環境のシャドウの色に影響を与えますが、方向には影響を与えません。[Show (表示)] > [Visualize] > [Volume Lighting Samples (ボリューム ライティング サンプル)] を使用して、これらをビューポートでプレビューします。

詳細については、「間接ライティング キャッシュ」のドキュメントを参照してください。

制限事項

• ボリューム サンプルを配置するためのデフォルト設定では、大きなマップで多数のサンプルが生成されます。これにより、間接ライティング キャッシュの補間時間が非常に長くなります。大きなマップでサンプル数を減らすには、[Static Lighting Level Scale] を使用してください。
• Lightmass Importance Volume の外側にある可動オブジェクトには、黒い間接ライティングが適用されます。

アンビエント オクルージョン

Lightmass は、詳細な間接シャドウを自動的に計算します。しかしこれは、芸術的な効果を出す目的で間接シャドウを誇張したり、シーン内の近接感を強調したりする場合にも役立つことがあります。

アンビエント オクルージョン は間接シャドウイングで、曇り空のような均一に明るい上半球から得られます。Lightmass は、アンビエント オクルージョンの計算をサポートし、それを直接ライティングと間接ライティングに適用してから、ライトマップにベイクします。アンビエント オクルージョンはデフォルトで有効になっています。無効にするには、[World Settings (ワールド セッティング)] の下の [Lightmass (Lightmass)] の [Lightmass Settings (Lightmass設定)] で [Use Ambient Occlusion (アンビエント オクルージョンを使用)] チェックボックスをオフにしてください。

最初の画像のシーンは、間接ライティングはありますがアンビエント オクルージョンはありません。2 番目の画像は、直接ライティングと間接ライティングの両方にアンビエント オクルージョンが適用された同じシーンです。オブジェクトが集まる場所が暗くなることに注意してください。

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アンビエント オクルージョンの設定

[Num Indirect Lighting Bounces] が「0」より大きい場合、ライティングのビルド時間が経過する限り、アンビエント オクルージョンはほとんど発生しません。

制限事項

• アンビエント オクルージョンはコーナーで急速に変化するため、見栄えを良くするにはかなり高いライトマップ解像度が必要となります。
• プレビュー品質のビルドは、アンビエント オクルージョンのプレビューにはあまり適していません。これは、AO が (間接シャドウと同様に) 非常に高密度のライティング サンプルを必要とするためです。

マスクされたシャドウ

Lightmassは、シャドウを計算するときに「BLEND_Masked」マテリアルのオパシティ マスクを考慮します。エディタのビューポートでクリッピングされるマテリアルの部分もシャドウイングが発生しません。そのため、木やフォリッジからより詳細なシャドウイングを得られます。

固定ライトのみの機能

曲がった法線のスカイ オクルージョン

Lightmass は、[Mobility (可動性)] が [Stationary (固定)] に設定された スカイ ライト が有効な場合、法線が曲がった形で指向性オクルージョンを常に生成します。

距離フィールド シャドウマップ

Lightmass は、固定ライト の距離フィールド シャドウマップを計算します。距離フィールド シャドウマップは、解像度が低くても非常に良い状態で曲線形状を維持します。ただし、エリア シャドウイングや透過シャドウはサポートしていません。

静的ライトのみの機能

エリア ライトとシャドウ

Lightmass を使用すると、[Mobility] が [Static (静的)] になっているすべてのライトがデフォルトでエリア ライトになります。ポイント ライトとスポット ライトの光源で使用される形状は球です。そして、その半径は [Lightmass Settings (Lightmass 設定)] の [Local Light Source Radius (ローカル ライトの光源の半径)] で設定されます。指向性ライトの光源は、シーンの端に配置されたディスクを使用します。シャドウの柔らかさが決まる要因は 2 つあります。1 つのは光源のサイズです。光源が大きいほどシャドウは柔らかくなります。もう 1 つの設定は、ライトを受けている場所からシャドウ キャスターまでの距離です。現実世界と同じように、この距離が長くなるにつれてエリアシャドウは柔らかくなります。

最初の画像は、静的ライティングのみを使用した静的な指向性ライトで、半暗部のサイズはどこでも同じです。2 番目の画像では、Lightmassによって計算されたエリアシャドウがあります。そのシャドウの鋭さは、光源のサイズとオクルーダの距離の両方によって制御されます。柱がグラウンドに接する場所付近では、柱のシャドウがよりシャープになっていることに注目してください。

ポイント ライトとスポット ライトの光源半径は黄色のワイヤーフレーム、影響のある半径は青緑色で描かれます。ほとんどの場合、光源がシャドウ キャスティング ジオメトリと交差しないようにする必要があります。交差しないと、そのジオメトリの両側で光が放出されます。

透過シャドウ

静的シャドウをキャストするメッシュに適用された半透明のマテリアルを通過する光は、一部のエネルギーを失い、半透明のシャドウになります。

半透明のシャドウの色

マテリアルを通過する光の量は透過率と言います。各カラー チャンネルの範囲は「0」から「1」です。値「0」の場合、完全に不透明です。値「1」の場合、入射光が影響を受けずに通過します。トランスミッション用のマテリアル入力はないため、現在、次のような他のマテリアル入力から取得します。

• ライティングありマテリアル

            * BLEND_Translucent and BLEND_Additive: Transmission = Lerp(White, BaseColor, Opacity)
            * BLEND_Modulate: Transmission = BaseColor
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  * BLEND_Translucent and BLEND_Additive: Transmission = Lerp(White, BaseColor, Opacity) * BLEND_Modulate: Transmission = BaseColor

• ライティングなしマテリアル

            * BLEND_Translucent and BLEND_Additive: Transmission = Lerp(White, Emissive, Opacity)
            * BLEND_Modulate: Transmission = Emissive
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  * BLEND_Translucent and BLEND_Additive: Transmission = Lerp(White, Emissive, Opacity) * BLEND_Modulate: Transmission = Emissive

これは、オパシティが「0」の場合、マテリアルが入射光をフィルタせず、半透明なシャドウが存在しないことを意味します。オパシティが「1」の場合、入射光はマテリアルのエミッシブまたはベースカラー (ライティングがあるかどうかに応じて) によってフィルタリングされます。間接ライティングは、半透明のシャドウをぼやけさせ、半透明のマテリアルのエミッシブまたはディフューズよりも彩度を下げることがあります。

半透明シャドウのシャープネス

半透明シャドウのシャープネスは、いくつかの方法で制御できます。

最初の画像では大きな光源 ([Light Source Angle] が「5」に設定されている指向性ライト) が使用され、2 番目の画像では小さな光源 ([Light Source Angle] が「0」) が使用されています。

最初の画像では、小さな光源が使用されていましたが、ライトマップの解像度が低すぎて、シャープな半透明のシャドウをキャプチャできていません。2 番目の画像では、マテリアルがエクスポートされた解像度が低すぎて (マテリアル エディタの [Export Resolution Scale (エクスポート解像度スケール)] で制御)、シャープなシャドウをキャプチャできていません。

間接ライトも半透明マテリアルの影響を受けます。この画像のウィンドウは、透過率に基づいて入射光をフィルタリングしており、そのフィルタリングされた光が、色が変更されてシーン内をバウンスしています。

制限事項

• 半透明マテリアル は、現在、光を散乱させていません。そのため、周囲のオブジェクトに色がにじむことはありません。
• 最初のディフューズ バウンスは、現在、半透明シャドウの影響を受けていません。つまり、半透明のマテリアルを通過する最初のバウンスの間接ライティングは、マテリアルの トランスミッション によってフィルタリングされません。
• 屈折 (透過によるコースティクス) は現在サポートされていません。

Lightmass で最高品質を得る

ライティングを目立たせる

ディフューズ テクスチャ

レンダリング中、点灯しているピクセルの色は BaseColor の * ライティングとして決定されます。そのため、ベース カラーはライティングの見え方に直接影響します。コントラストが高いまたは暗いディフューズ テクスチャを使用した場合は、ライティングがわかりにくくなります。しかし、コントラストが低いミッドレンジ ディフューズ テクスチャを使用した場合は、ライティングの詳細が透けて見えます。

ミッドレンジのディフューズ テクスチャでビルドされた最初の画像のシーンと、同じく Lightmass でビルドされているがノイズの多い暗いディフューズ テクスチャでビルドされた 2 番目の画像のシーンのライティングの明瞭度を比較します。2 番目の画像のシーンでは、シャドウの遷移など、最も大きな変化のみが目立っています。

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[Unlit (非ライティング)] 表示モードは、ディフューズ時間を確認するのに便利です。最初の画像のシーンは、[Unlit] ビュー モードではよりフラットでモノトーンに見えます。したがって、ライティングがすべての作業を行っており、最終的なピクセル カラーの変化は主にライティングの違いによるものであることがわかります。(適切なライティングを得るには、[Unlit] 表示モードではシーンがフラットで退屈な外観である必要があります)ライティングとマクロ機能をディフューズ テクスチャにベイクすると、ライティングが相殺されます。

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ライティングのない画像のいくつかの部分でエディタのカラー ピッカーを使用すると、最初の画像のシーンの拡散値は約「0.5」であるのに対し、2 番目の画像のシーンの拡散値は約「0.08」であることがわかります。Photoshop でこれらのライティングされていない画像のヒストグラムを見ると、ディフューズ テクスチャの分布がよくわかります。

Photoshop はガンマ空間でカラー値を表示するため、値を「186 (.73)」に設定した場合、実際には黒と白の中間です。値は「127 (.5)」ではありません。*最初の画像は、目立つライティングを得るためにヒストグラムがどのように見えるかを示しています。

ライティング設定

• 環境光を避けてください。アンビエント キューブマップのような環境光は、一定の環境条件をレベルに追加します。それにより、間接的に照らされた領域のコントラストが低下してしまいます。
• 直接照らされた領域と間接的に照らされた領域との間のコントラストが高くなるようにライトをセットアップしてください。コントラストにより、シャドウの遷移がどこにあるかを見つけやすくなり、レベルの奥行き感がより顕著になります。
• 明るい領域が明るすぎず、暗い領域が完全に黒くならず、ディテールが目立つようにライトをセットアップしてください。最終的なターゲット ディスプレイの暗い領域を確認することが重要です。

ライティング品質を向上させる

ライトマップの解像度

詳細で質の高いライティングを得るには、高解像度のテクスチャ ライトマップを使用するのが最適です。高いライトマップ解像度を使用すると、より多くのテクスチャ メモリを消費し、ビルド時間が長くなるという欠点があります。したがって、品質と負荷はトレードオフになります。シーンのライトマップ解像度のほとんどを、視覚的な影響が大きい領域の周囲と、高周波のシャドウがある場所に割り当てるのが理想的です。

Lightmass ソルバの品質

[Lightmass Solver (Lightmass ソルバ)] 設定は、[Lighting Build Options (ライティング ビルド オプション)] ダイアログで要求されたビルドの品質に基づいて自動的に設定されます。本番環境では、ディフューズ テクスチャを適用してもアーティファクトがはっきりと目立たないほどの十分な品質を得られるようにする必要があります。

最適なライティング ビルド時間を取得する

Lightmassのビルド時間を改善するには、いくつかの方法があります。

• 高周波の (急速に変化する) ライティングのある領域でのみ、高解像度のライトマップを使用してください。直接ライティングされていないか、シャープな間接シャドウの影響を受けていないブラシ サーフェスとスタティックメッシュのライトマップの解像度を下げます。これにより、最も目立つ領域に高解像度のシャドウが表示されます。
• プレイヤーから見えないサーフェスのライトマップ解像度は、可能な限り低く設定してください。
• 最も重要な領域 (プレイ可能な領域のすぐ周囲) を Lightmass Importance Volume に入れてください。
• メッシュのビルド時間がより均一になるように、マップ全体でライトマップの解像度を最適化してください。ライティング ビルドは、最も遅い単一のオブジェクトよりも速くなることはありません。これは、分散ビルドを実行しているマシンの数に関係がありません。レベルの大部分を取り囲み、ライトマップの解像度が高い大規模で連続するメッシュは避けてください。特に多くのコアを持つマシンでは、これらをよりモジュール化したパーツに分割するとビルド時間を短縮できます。
• 自己オクルージョンが多いメッシュは、ビルドに時間がかかります。たとえば、互いに平行なレイヤーを多数持つラグは、平らな床よりもビルドに時間がかかります。

[Lighting Build Info (ライティングのビルド情報)] ダイアログは、ライティングのビルド時間を改善する際に役立つ非常に重要なツールです。まず、統計を表示したいレベルでライティングをビルドします。次に、[Build (ビルド)] > [Lighting Info (ライティング情報)] > [Lighting StaticMesh Info (ライティング スタティックメッシュ情報)] の下にあるダイアログを開きます。ドロップダウンを [Lighting Build Info (ライティングのビルド情報)] に変更します。これにより、メッシュのソートされたリストと、ライティングの計算にかかった時間が表示されます。

Lightmass設定

Lightmass Importance Volume

多くのマップでは、エディタ内のグリッドの端までメッシュが表示されています。しかし、高品質なライティングが必要となる実際のプレイ可能な領域は、それよりもはるかに小さいです。Lightmassはレベルのサイズに基づいて光子を放出します。そのため、これらのバックグラウンド メッシュによって放出する必要がある光子の数は大幅に増え、ライティングのビルド時間が長くなります。Lightmass Importance Volume を使用すると、Lightmassが光子を放つ面積を調整し、詳細な間接ライティングが必要な領域にだけ集中させることができます。このボリュームの外側では、低品質で一回だけバウンスさせた間接ライティングを受けます。

最初の画像は、マルチプレイヤー マップのオーバーヘッド ワイヤーフレーム ビューを示しています。中央にある小さな緑色の塊は、高品質のライティングが必要となる実際のプレイ可能な領域です。

2 番目の画像では、マルチプレイヤー マップのプレイ可能な領域をクローズアップして示しています。ここでは、Lightmass Importance Volume が正しく設定されています。Lightmass Importance Volume が、領域の半径を 80,000 ユニットから 10,000 ユニットに減らしています。これにより、照らされる領域が 64 分の 1 になりました。

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[Place Actors (アクタの配置)] パネルの [Volumes (ボリューム)] タブから Lightmass Importance Volume オブジェクトをレベルにドラッグし、必要なサイズにスケーリングすることで、Lightmass Importance Volume をレベルに追加できます。

[Actor (アクタ)] の下にある [Details] パネル内の [Convert Actor (アクタを変換)] ドロップダウン ボックスをクリックして、ブラシを Lightmass Importance Volume に変換することもできます。

ドロップダウン ボックスをクリックすると、ブラシからどんなタイプのアクタに置き換えるのかを選択できるメニューが表示されます。

複数の Lightmass Importance Volume を配置する場合、ほとんどのライティング作業は、それらすべてを含むバウンディング ボックスで行われます。ただし、ボリューム ライティング サンプルはそれより小さいボリューム内にのみ配置されます。

ワールド セッティング

[Lightmass Settings (Lightmass設定)] は、[Lightmass (Lightmass)] セクションの [World Settings (ワールド セッティング)] パネル内で調整できます。

エディタの右側にあるメイン ツールバー から [Settings (設定)] アイコンをクリックし、[World Settings (ワールド セッティング)] を選択すると、[World Settings] にアクセスできます。

ライト設定

以下は、[Lightmass] セクションのライトのプロパティ内で調整できるLightmassの設定です。

プリミティブ コンポーネントの設定

以下は、[Place Actors] パネルの [Geometry (ジオメトリ)] タブから追加された ブラシ 上で調整できる [Lightmass Settings] です。これらのオプションは、ブラシ の [Details (詳細)] パネルにあります。

ベース マテリアルの設定

以下は [Details] パネルの下にある、ベース ノードのマテリアル内で調整可能なLightmass設定です。

マテリアル エディタの詳細については、「マテリアル エディタのユーザー ガイド」を参照してください。