Lightmap UV для UE5: второй канал развёртки без пятен

Пятна, полосы и тёмные углы на запечённом освещении почти всегда объясняются не настройками света, а вторым каналом развёртки, который называют lightmap UV. Его делают по остаточному принципу или доверяют автоматике, хотя нейросети для UV уже неплохо справляются, а потом ищут причину артефактов в параметрах рендера.

Ниже разбор того, чем этот канал отличается от обычного, какие у него жёсткие требования и как получить чистый результат без бесконечных пересчётов.

Зачем нужен отдельный канал

Причина, из которой следуют все требования.

Обычная развёртка оптимизирована под текстуры: острова накладываются друг на друга, чтобы одинаковые части модели делили одно место на карте и текстура была чётче.

Для запечённого освещения это недопустимо. Каждая точка поверхности должна иметь собственное место в карте, потому что освещена она по-своему. Две стороны объекта не могут делить один участок.

Отсюда главное различие: в канале освещения острова не перекрываются никогда. Ни одного исключения.

Второе различие: здесь важна не плотность текселя под детализацию, а покрытие всей поверхности без пропусков.

Три жёстких требования

Нарушение любого даёт артефакты.

Никаких наложений. Острова не должны перекрываться даже частично. Наложение даёт тень от одной части модели на совершенно другой. Как устроены динамические тени без запекания, разобрано в материале про Virtual Shadow Maps.

Всё в пределах квадрата. Развёртка должна укладываться в диапазон от нуля до единицы. Выход за границы означает повтор и те же ошибки, что при наложении.

Достаточные отступы между островами. Это причина номер один пятен и полос.

Первые два проверяются инструментами и видны сразу. Третье требует понимания, и о нём отдельно.

Отступы: почему они решают всё

Механизм возникновения самого частого артефакта.

Освещение считается по ячейкам карты, и значение растекается за пределы острова при фильтрации. Если соседний остров близко, его значение просачивается на чужую поверхность.

Результат: тёмная полоса на светлой стене или светлое пятно в углу. Выглядит как ошибка света, а является ошибкой развёртки.

Сколько нужно: отступ зависит от разрешения карты. При низком разрешении каждый пиксель покрывает большую площадь, и отступ в текселях должен быть таким же, но в единицах развёртки он получается больше.

Практическое следствие, которое удивляет: уменьшение разрешения карты требует увеличения отступов, а не наоборот.

Автоматическая генерация

Встроенный механизм и его пределы.

Движок умеет строить второй канал сам при импорте. Для простых объектов это работает приемлемо.

Где ломается: сложная геометрия с множеством мелких элементов, тонкие детали, вложенные формы, модели с плохой исходной топологией.

Типичный результат на сложной модели: много мелких островов, отступы съедают половину площади, эффективное разрешение падает в разы.

Признак, что автоматика не справилась: карта выглядит как мозаика из десятков крошечных кусочков. Каждый из них требует отступа, и полезной площади не остаётся.

Ручная развёртка под освещение

Что делать, когда автоматика не подходит.

Принципы отличаются от текстурной развёртки.

Меньше островов, но крупнее. Один большой остров лучше пяти мелких, потому что требует меньше отступов суммарно.

Прямые границы предпочтительнее рваных: прямоугольные острова упаковываются плотнее.

Швы можно ставить где угодно с точки зрения текстуры, потому что текстуры здесь нет. Ограничение только одно: избегать швов там, где на поверхности резкий перепад освещения.

Развороты островов под произвольным углом плохо влияют на качество: горизонтальные и вертикальные границы работают лучше диагональных.

Базовые приёмы разобраны в материале про UV-развёртку.

Разрешение карты

Параметр, который подбирают по объекту.

Оно задаётся отдельно для каждого объекта и определяет, насколько детальным будет запечённое освещение.

Крупным поверхностям вроде стен и полов нужно больше: там видны мягкие переходы и тени от объектов.

Мелким предметам достаточно минимума: их освещение почти однородно.

Частая ошибка в обе стороны. Одинаковое высокое разрешение на всех объектах раздувает память и время просчёта. Одинаковое низкое даёт ступенчатые тени на больших поверхностях.

Практический подход: начать со среднего значения, посчитать, и повышать точечно там, где видны ступеньки.

Плотность и масштаб

Связь, которую упускают.

Разрешение карты работает в паре с физическим размером объекта. Стена длиной десять метров и тумбочка с одинаковой картой получат совершенно разную детализацию освещения.

Отсюда понятие плотности: сколько пикселей карты приходится на метр поверхности.

Правильный подход это выравнивание плотности по сцене, а не выравнивание разрешения. Тогда качество теней одинаково везде.

Проверяется это специальным режимом отображения, который есть в движке: он показывает плотность цветом, и перекосы видны мгновенно.

Геометрия, ломающая запекание

Случаи, где проблема не в развёртке.

Тонкие стены без толщины. Освещение с одной стороны протекает на другую.

Пересекающиеся объекты. В месте пересечения возникают тёмные артефакты.

Очень мелкие грани. Они получают меньше пикселя карты и считаются неверно.

Объекты, стоящие вплотную. Тень от соседа просачивается через щель нулевой ширины.

Вывернутые нормали. Поверхность считается неосвещённой вовсе.

Общее правило: то, что плохо себя ведёт при запекании, обычно и геометрически некорректно.

Чтение артефактов

Диагностика по виду дефекта.

Тёмные полосы по краям поверхности. Недостаточные отступы между островами.

Случайные пятна на плоскости. Наложение островов.

Ступенчатые тени. Низкое разрешение карты для этого объекта.

Свет просачивается сквозь стену. Стена без толщины.

Одна поверхность полностью чёрная. Вывернутые нормали или выход развёртки за границы.

Швы видны как линии. Освещение по разные стороны шва посчиталось по-разному, нужны отступы или другое расположение шва.

Модульная геометрия и запекание

Случай, где возникает специфическая проблема.

Уровень собран из повторяющихся кусков, и каждый из них имеет свой второй канал. Значит, каждая копия куска получает собственную карту освещения.

Отсюда первое следствие: повторяющиеся объекты перестают быть бесплатными. Сто одинаковых стен это сто карт освещения в памяти.

Второе следствие: соседние куски получают освещение независимо друг от друга, и на стыке возникает разрыв. Это тот самый шов, видимый по свету, а не по геометрии.

Что помогает. Объединять примыкающие куски в один объект перед запеканием. Снижать разрешение для повторяющихся элементов. Ставить декор на стыки, скрывающий разрыв.

Как в принципе устроена такая сборка, разобрано в материале про модульную сборку уровня.

Время просчёта и как его сократить

Практическая сторона, которая определяет, сколько раз вы сможете переделать.

Просчёт освещения для крупной сцены занимает часы, и каждая правка требует повтора. Это главный аргумент против запекания вообще.

Что сокращает время заметно. Отключение запекания у объектов, которым оно не нужно. Снижение разрешения карт до необходимого минимума. Уменьшение числа отскоков света: третий и последующие почти не видны. Предварительные просчёты на низком качестве.

Отдельный приём для больших сцен: разбить уровень на части и считать по одной. Это не ускоряет суммарно, но позволяет работать итеративно вместо ожидания целого.

Практическое наблюдение: половина времени обычно уходит на объекты, запекание которых вообще не требуется.

Что не нужно запекать

Экономия времени и памяти.

Объекты, которые двигаются: для них запекание бессмысленно.

Мелкий декор, который не отбрасывает заметной тени и не принимает интересного освещения.

Объекты, освещённые только динамическими источниками.

Всё, что находится за пределами игровой зоны.

Отключение запекания для лишних объектов сокращает время просчёта существенно, и это первое, что стоит сделать при долгих расчётах.

Запекание против динамики

Выбор, который стоит сделать осознанно.

Запечённое освещение бесплатно во время работы и даёт лучшее качество для статичных сцен. Платят за него временем просчёта и невозможностью менять свет.

Динамическое освещение позволяет менять всё в реальном времени, но стоит кадров постоянно.

Современная практика часто смешанная: общее освещение динамическое, а отдельные тонкие эффекты запечённые.

Разбор динамического подхода есть в материале про Lumen в UE5.

С чего начинать и чем заканчивать

Последовательность, экономящая пересчёты.

Убедиться, что геометрия корректна: толщины есть, нормали наружу, пересечений нет. Сгенерировать или сделать вручную второй канал. Проверить на наложения инструментом. Проверить, что всё в пределах квадрата. Задать отступы с запасом. Выставить разрешение по размеру объекта. Посчитать на низком качестве для проверки. Найти артефакты и исправить их источник. И только потом считать на финальном качестве.

Пробный просчёт на низком качестве занимает минуты вместо часов и ловит почти все проблемы.

Ошибки, которые стоят времени

Частые вопросы