04 体素光照注入

体素化结束后，规则网格里已经有了表面属性，但这些属性还不是光。当前实现把 AlbedoOpacity、Normal 和独立的 Emissive 作为材质 GBuffer，把方向光可见性和光照结果写入 DirectRadiance；启用第二次反弹时，再从它得到 FinalRadiance。因此本篇的核心不是“把颜色乘上一个亮度”，而是建立材质数据、阴影空间和辐射资源之间的边界。

一、辐射体积

体素光照的输入来自上一阶段的 Resolve 结果。AlbedoOpacity 的 RGB 是表面反照率，A 是占用/遮挡值；Normal 的 RGB 是编码到 0–1 的世界法线，A 复用同一占用值；Emissive 的 RGB 是独立的 HDR 自发光，A 仍是占用值。它们描述“这里有什么表面”，而不是“这里已经收到了多少光”。

VoxelGICameraContext 为每个相机持有这些持久 3D 纹理。AlbedoOpacity、Normal 和 Emissive 不需要辐射查询的 Mip；DirectRadiance 与 FinalRadiance 则使用同样的 R16G16B16A16_SFloat 格式创建为带 Mip 的 3D 纹理。前者保持材质语义，后两者保存光照阶段的结果，这个区分也避免重光照时把上一轮的方向光重复加回去。

每个光照线程以 float3(id) + 0.5 得到体素中心，再通过 VoxelToWorld 回到世界空间。未占用体素直接把 DirectRadiance 写为零；占用体素才继续进行法线、阴影与光源计算。于是一个体素的辐射写入可以概括为：

$$\text{GBuffer}\;(A,N,E)\;\xrightarrow{\text{light and visibility}}\;\text{Radiance}\;(D,F)$$

其中 $A$ 代表 Albedo，$N$ 代表 Normal，$E$ 代表 Emissive，$D$ 代表 DirectRadiance，$F$ 代表可选的 FinalRadiance。A 通道不是相机颜色的透明度；它是后续体素查询判断占用和遮挡的约定。

二、方向光阴影空间

方向光没有像点光源那样由位置决定阴影体积，项目只使用 Light.transform.forward 表示光照方向。VoxelGIFrameMatrices.Create 围绕体素 Bounds 构造一台虚拟光源相机：令 range = bounds.extents.magnitude，把相机放在 bounds.center - forward * range，再用方向光的朝向构造 ShadowView。正交投影覆盖 [-range, range]，近裁剪面为 0.01，远裁剪面为 range * 2 + 0.01，确保整个体素立方体落在深度范围内。

Unity 的观察空间和 Transform 的局部 +Z 约定不同，创建 View 后会翻转第三行以匹配渲染观察方向。ShadowProjection 使用正交矩阵；启用 Reversed-Z 的平台还会翻转投影的深度相关项。最后用一个 scale-bias 矩阵把齐次 NDC 的 XY 和 Z 从 $[-1,1]$ 映射到 $[0,1]$，组合成 WorldToShadow：

$$\mathbf p_{shadow}=\mathbf{WorldToShadow}\begin{bmatrix}\mathbf p_{world}\\1\end{bmatrix},\qquad (u,v,d)=\frac{\mathbf p_{shadow}.xyz}{\mathbf p_{shadow}.w}$$

这里 $(u,v)$ 是 ShadowDepth 的采样坐标，$d$ 是与深度纹理比较的值。它与体素空间的 WorldToVoxel 是两套不同的坐标变换：前者服务方向光投影，后者服务 3D 网格定位。

RecordShadow 把跨帧的 ShadowDepth 导入 Render Graph，ExecuteShadow 清空深度、设置阴影视口和 ShadowView/ShadowProjection，然后恢复相机 View/Projection。绘制的是体素光照注册表中允许投射 Voxel Shadow 的 Renderer；这张纹理只为本次体素光照服务，不是 URP 相机的普通阴影贴图。

三、ShadowCaster 与 Blocker

阴影绘制优先查找材质的 ShadowCaster Pass。因而标准 Universal Render Pipeline/Lit 材质的阴影裁剪和相关属性可以直接复用，不需要额外写一份“体素阴影材质”。透明 Render Queue 不进入这条遍历，Alpha Clip 仍可在 URP 的 ShadowCaster 中保留正确的裁剪行为。

当材质没有 ShadowCaster 时，运行时会尝试 VoxelGIShadow。VXGIBlocker.shader 只有这个 Pass：它使用当前注入的光源 View/Projection，把几何写入 Shadow Depth；ColorMask 0 表明它不贡献颜色，ZWrite On 才是它唯一需要的光栅副作用。它没有 UniversalForward，所以它的语义是 Blocker-only，而不是一个可以被正常相机渲染的表面材质。

Blocker-only 还要通过 Compute 体素化写入占用：_VoxelGIOpacityOnly 分支只对 OpacityAccumulation 执行 InterlockedMax(..., 65535)，不写 Albedo、Normal 或 Emissive。这样同一几何体同时满足两种约束：在方向光 Shadow Depth 中挡住太阳光，在体素辐射查询中挡住自发光和后续 Cone 的空间传播；它不会凭空制造表面反射或发光。

因此，ShadowCaster 与 VoxelGIShadow 的职责可以分开看：前者是“按材质已有规则投射阴影”，后者是“没有可见表面、但需要成为 GI 遮挡体”。两者最终都服务 VoxelGI_SampleShadow 的可见性判断，但只有普通表面 GBuffer 才提供 Albedo、Normal 和 Emissive。

四、直接光照

VoxelDirectLighting 只处理 A 通道大于零的体素。它从 Normal 读取 $[0,1]$ 编码并还原到 $[-1,1]$，从体素中心求世界位置，再使用方向光方向计算 Lambert 余弦项：

$$\mathbf l=-\operatorname{normalize}(\mathbf{sunDirection}),\qquad N_L=\max(\mathbf n\cdot\mathbf l,0)$$

阴影函数先做两种以体素尺寸缩放的偏移：沿法线加 ShadowNormalBias，沿光照方向的反向项减去 ShadowSunBias。偏移后的世界点经 WorldToShadow 得到 $(u,v,d)$，若坐标超出阴影投影范围则返回完全可见；否则从 ShadowDepth 取存储深度，并按 _VoxelGIReversedZ 选择比较方向。比较结果是 $V_{sun}\in\{0,1\}$。

当前方向光直接项对应：

$$\mathbf L_{direct}=\mathbf A\;N_L\;\mathbf C_{sun}\;I_{sun}\;I_{light}\;V_{sun}$$

其中 $\mathbf A$ 是 Albedo，$\mathbf C_{sun}$ 是方向光颜色，$I_{sun}$ 是 Light.intensity，$I_{light}$ 是 lightIntensity。项目当前只取第一个活动 Directional Light，不注入点光源或聚光灯。没有方向光时，直接项为零，但 Emissive 仍然可以进入 DirectRadiance。

五、HDR Emissive

Emissive 不从 AlbedoOpacity 推导，也不与方向光阴影相乘。体素化阶段读取 _EmissionMap 和 _EmissionColor，只有 _EMISSION 等价开关开启时才写入；Resolve 后成为独立的 Emissive 3D 纹理。累积时 RGB 以 1024 固定点编码并限制单次值不超过 64，Resolve 再除以量化倍率和样本数，得到每体素的平均 HDR 自发光。

光照阶段使用 emissive = Emissive.rgb * emissiveIntensity，与方向光直接项相加。于是：

$$\mathbf D=\mathbf E\;I_{emissive}+\mathbf L_{direct}$$

其中 $\mathbf E$ 是独立 Emissive 纹理读取值。DirectRadiance 每次重写时都重新读取纯 Emissive，而不是读取上一轮 DirectRadiance；方向光、阴影或强度变化因此不会让自发光逐帧叠加。Emissive 的 A 通道仍复制占用值，保持辐射纹理和空间遮挡的通道契约一致。

六、DirectRadiance

DirectRadiance 的 RGB 是“自发光 + 当前方向光直射”的线性辐射近似，A 是体素占用/遮挡值；它不是材质 GBuffer，也不是屏幕颜色。VoxelGIRenderPass.Lighting.cs 在 VoxelDirectLighting 后立即为它生成完整 Mip 链，供更大空间足迹的辐射查询使用。FinalRadiance 使用同样的格式和 A 语义，但只有启用 SecondBounce 时才由 VoxelIndirectLighting 写入：

$$\mathbf F=\mathbf D+\mathbf L_{bounce}\;\mathbf A\;I_{indirect}$$

这里的 $\mathbf L_{bounce}$ 来自对 DirectRadiance 的一次半球辐射查询；本式只用于明确资源边界。关闭第二次反弹时，管线保留可用的 DirectRadiance，不会把尚未计算的间接结果冒充为最终辐射。

Direct 与 Final 都是 VoxelGICameraContext 的跨帧持久资源，而 Mip Scratch 是当前 Lighting Pass 创建的临时 3D 纹理。每一级 Mip 都由上一层的 2×2×2 体素平均得到，再复制回目标纹理对应层级；这使辐射数据在写入、重光照和空间查询之间保持清楚的生产者/消费者关系。