在现代游戏开发中，全局光照模拟是提升游戏画面真实感和沉浸感的关键技术之一。然而，全局光照的计算复杂度高，对硬件资源需求大，因此如何在保持画面质量的同时提高渲染效率，是游戏引擎优化中的一个重要课题。本文将详细介绍几种全局光照模拟的优化策略。
光线追踪是一种基于物理的渲染技术，能够精确模拟光线在场景中的传播和交互。通过模拟光线从光源出发，经过物体表面反射、折射和散射等过程，最终到达摄像机的过程，光线追踪能够实现逼真的全局光照效果。
然而，光线追踪的计算量巨大，对硬件要求较高。为了优化性能，现代游戏引擎通常采用混合渲染技术，将光线追踪与传统光栅化技术相结合。例如，在场景中仅对关键区域或关键对象应用光线追踪，而其他区域则使用光栅化技术渲染。此外，还可以使用深度学习和人工智能技术来优化光线追踪的计算过程，提高渲染效率。
延迟光照是一种将光照计算推迟到后期处理阶段的技术。在延迟光照中，游戏引擎首先将所有物体的几何信息和材质信息存储在多个G缓冲区（Geometry Buffers）中。然后，在后期处理阶段，根据这些G缓冲区中的信息计算光照效果。
延迟光照的优点在于它能够实现复杂的光照效果，同时减少渲染过程中的冗余计算。例如，在延迟光照中，可以使用多个光照源同时计算光照效果，而无需对每个物体进行多次渲染。此外，延迟光照还支持屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）和屏幕空间全局光照（SSGI）等高级技术，进一步提高画面质量。
光图技术是一种预计算全局光照的技术。在光图技术中，游戏引擎首先使用光线追踪或路径追踪等算法计算场景中每个点的光照强度，并将这些光照强度信息存储在光图中。然后，在渲染过程中，根据物体的几何信息和光图中的光照强度信息计算光照效果。
光图技术的优点在于它能够在保证画面质量的同时显著提高渲染效率。由于光照信息已经预计算并存储在光图中，因此在渲染过程中无需再次计算光照效果。然而，光图技术也存在一些局限性。例如，它无法处理动态光源和动态物体，对于复杂场景和复杂光照效果的支持也有限。
预计算辐射传输是一种基于信号处理的优化技术，用于加速全局光照的计算。在PRT中，游戏引擎首先使用球谐函数（Spherical Harmonics）等数学工具将光照信息编码为一系列系数。然后，在渲染过程中，根据这些系数和物体的几何信息快速计算光照效果。
PRT的优点在于它能够在保证画面质量的同时显著减少计算量。由于光照信息已经预计算并编码为系数，因此在渲染过程中无需进行复杂的物理计算。然而，PRT也存在一些局限性。例如，它无法处理高频光照效果，对于复杂场景和复杂光照效果的支持也有限。
全局光照模拟是游戏引擎优化中的一个重要课题。通过采用光线追踪技术、延迟光照、光图技术和预计算辐射传输等高级技术，游戏开发者可以在保持画面质量的同时提高渲染效率。然而，每种技术都有其优缺点和适用范围，因此在实际应用中需要根据具体需求和场景选择合适的优化策略。
// 示例代码：光线追踪的简单实现（伪代码）
function rayTrace(ray, scene) {
closestHit = null;
for each object in scene {
hit = intersectRayWithObject(ray, object);
if (hit != null && (closestHit == null || hit.distance < closestHit.distance)) {
closestHit = hit;
}
}
return closestHit;
}