在游戏中光线追踪全局光照与光线追踪环境光遮蔽这两种技术为什么会同时存在？
在游戏领域，我们确实常常会看到“光线追踪全局光照”和“光线追踪环境光遮蔽”这两种技术并驾齐驱，甚至有人会疑惑，既然都有全局光照了，为何还需要单独的环境光遮蔽呢？这就像问，既然有了整个房间的光线模拟，为什么还要专门强调窗户的遮挡效果？答案在于它们各自强调的侧重点和实现的细节不同，并且它们组合起来才能达到更逼真、更自然的视觉效果。
我们先分别拆解一下这两种技术：
1. 光线追踪全局光照 (Ray Traced Global Illumination RTGI)
想象一下一个真实的世界，光线不仅仅是从光源直接照射到物体表面，还会从一个物体反射到另一个物体，再反射到第三个物体……就这样不断地弹射，影响着场景中的每一个角落。这就是全局光照的本质。
核心思想： 模拟光线在场景中的多次反射、折射、散射等过程。它试图捕捉的是“间接光照”的效果，也就是那些并非直接来自光源的光线。
在游戏中的体现：
物体间的二次反光： 比如，一个红色的球体放在白色的桌子上，即使不直接照射到桌子，球体反射的红色光线也会“染红”桌面上靠近它的区域。
物体对环境光的影响： 一个明亮的物体会照亮周围的区域，而深色的物体则会吸收更多光线，使周围环境显得更暗。
整体光影层次感： 全局光照能够让场景的光影过渡更加柔和自然，避免出现“死黑”的区域，使画面看起来更立体，更有层次。
漫反射和镜面反射的综合模拟： RTGI 可以同时处理不同材质表面的漫反射（光线散射开）和镜面反射（光线有规律地反射），从而呈现出更丰富的视觉细节。
所以，光线追踪全局光照追求的是整个场景光线能量的传递和分布的真实性。它描绘的是整个“光线的旅程”。
2. 光线追踪环境光遮蔽 (Ray Traced Ambient Occlusion RTAO)
现在我们再来看环境光遮蔽。这个技术的核心是解决一个在全局光照中也存在的，但它单独拎出来更细致地模拟的问题：一个点被周围几何体遮挡的程度。
核心思想： 模拟光线在微观尺度上的遮挡。更具体地说，在物体表面的某个点，有多少比例的半球空间被周围的几何体挡住了，从而无法接收到来自该方向的环境光。
在游戏中的体现：
缝隙、角落的暗部细节： 这是RTAO最直观的效果。在物体的凹槽、褶皱、连接处，由于周围的几何体遮挡，这些地方接收到的环境光会更少，因此会显得更暗、更深邃。
增加物体轮廓和边界感： 通过模拟这些细微的遮蔽效果，能够清晰地勾勒出物体的边缘和轮廓，让物体在画面中更具立体感，与背景的区分度也更高。
模仿物理世界的“柔和阴影”： 即使没有明确的光源，真实世界中的环境光也会被物体本身以及周围物体“遮挡”，从而在接缝处产生自然的阴影，RTAO正是模拟这一点。
所以，光线追踪环境光遮蔽更侧重于局部细节的遮挡关系，是在“光线的旅程”中，特别关注“抵达目的地”时有多少障碍物的影响。它是在全局光照的框架下，对“遮挡”这个具体物理现象的精细化模拟。
为什么它们会同时存在？
现在我们来回答最关键的问题：为什么这两种技术会同时出现在游戏中，而且后者似乎是前者的一个细分或补充？
1. 不同的侧重点和贡献：
RTGI 带来了全局的、整体的光影氛围。 它让场景的光线感觉更“有活力”，光线可以在场景中跳跃，产生柔和的二次反光，让整个画面的光照基础更加真实。没有RTGI，即使有RTAO，画面也可能显得比较“平板”。
RTAO 带来了局部的、微观的细节真实感。 它极大地增强了物体的立体感和细节表现，让接缝、角落处的阴影过渡更加自然，避免了“假白”或光线分布不均的情况。没有RTAO，即使有RTGI，一些精细的凹陷和连接处可能仍然会因为缺乏局部遮挡的模拟而显得不够真实。
2. 互补性而非替代性：
可以把RTGI想象成模拟了“整个房间的灯光系统”，它让整个房间的亮度、色温都有一个整体的设定，并且光线在房间内会因为墙壁、家具而反射。
而RTAO 则是在这个基础之上，更仔细地看了看房间的每一个“角落”和“缝隙”，确保这些地方因为被家具或其他物品遮挡而显得足够暗，并且这种暗度是真实的，而不是凭空产生的。
所以，RTAO 是在 RTGI 提供的宏观光照基础上，对局部细节进行的“深度优化”。
3. 性能考量和效果取舍（历史和技术演进）：
在早期的光线追踪技术发展中，实现完整的全局光照（尤其是在复杂场景中进行多次反射模拟）对性能要求极高。为了在有限的计算资源下提供可见的真实感提升，开发者可能会先实现一些更易于理解和显效的技术。
AO（环境光遮蔽）作为一种模拟间接光照的“简化”方法，在屏幕空间（SSAO）时期就已经非常流行，因为它能以相对较低的性能成本显著提升画面的立体感和细节。当光线追踪进入游戏时，将这种成熟的AO思想与光线追踪结合，自然就催生了RTAO。
而真正的RTGI，尤其是能够准确模拟多次反射和复杂光学现象的全局光照，对计算能力的要求是指数级的。因此，游戏开发者往往会根据性能预算，选择实现“部分”或“特定类型”的RTGI，或者将其与近似算法结合。在这种情况下，RTAO 作为一个相对“独立”且效果显著的技术，可以很好地补充RTGI的不足，或者在RTGI实现程度不高时，扮演更重要的角色。
4. 特定效果的需求：
有些游戏可能不追求完全逼真的全局光照传播，但却非常需要增加物体表面的细节层次和立体感。这时，RTAO 就能提供非常“划算”的效果。
反之，如果游戏画面已经通过其他技术（如高质量的反射探针或屏幕空间反射）模拟了不错的间接光，但又想在物体接缝处增加更自然的阴影过渡，那么RTAO也能单独发挥作用。
总结来说，光线追踪全局光照和光线追踪环境光遮蔽不是在互相竞争，而是在协同作战。
RTGI 负责的是宏观的光影基调和整体的光线互动。
RTAO 负责的是微观的细节遮挡和局部阴影的自然过渡。
当两者结合时，游戏画面能够同时享受到全局光照带来的生动光影和环境光遮蔽带来的精致细节，从而实现远超单一技术的效果，让虚拟世界更加触手可及。就像做一道菜，你需要整体调味（全局光照），也需要精确地控制每一种香料的用量和加入时机（环境光遮蔽），才能做出层次丰富、口感绝佳的佳肴。
我们先分别拆解一下这两种技术：
1. 光线追踪全局光照 (Ray Traced Global Illumination RTGI)
想象一下一个真实的世界，光线不仅仅是从光源直接照射到物体表面，还会从一个物体反射到另一个物体，再反射到第三个物体……就这样不断地弹射，影响着场景中的每一个角落。这就是全局光照的本质。
核心思想： 模拟光线在场景中的多次反射、折射、散射等过程。它试图捕捉的是“间接光照”的效果，也就是那些并非直接来自光源的光线。
在游戏中的体现：
物体间的二次反光： 比如，一个红色的球体放在白色的桌子上，即使不直接照射到桌子，球体反射的红色光线也会“染红”桌面上靠近它的区域。
物体对环境光的影响： 一个明亮的物体会照亮周围的区域，而深色的物体则会吸收更多光线，使周围环境显得更暗。
整体光影层次感： 全局光照能够让场景的光影过渡更加柔和自然，避免出现“死黑”的区域，使画面看起来更立体，更有层次。
漫反射和镜面反射的综合模拟： RTGI 可以同时处理不同材质表面的漫反射（光线散射开）和镜面反射（光线有规律地反射），从而呈现出更丰富的视觉细节。
所以，光线追踪全局光照追求的是整个场景光线能量的传递和分布的真实性。它描绘的是整个“光线的旅程”。
2. 光线追踪环境光遮蔽 (Ray Traced Ambient Occlusion RTAO)
现在我们再来看环境光遮蔽。这个技术的核心是解决一个在全局光照中也存在的，但它单独拎出来更细致地模拟的问题：一个点被周围几何体遮挡的程度。
核心思想： 模拟光线在微观尺度上的遮挡。更具体地说，在物体表面的某个点，有多少比例的半球空间被周围的几何体挡住了，从而无法接收到来自该方向的环境光。
在游戏中的体现：
缝隙、角落的暗部细节： 这是RTAO最直观的效果。在物体的凹槽、褶皱、连接处，由于周围的几何体遮挡，这些地方接收到的环境光会更少，因此会显得更暗、更深邃。
增加物体轮廓和边界感： 通过模拟这些细微的遮蔽效果，能够清晰地勾勒出物体的边缘和轮廓，让物体在画面中更具立体感，与背景的区分度也更高。
模仿物理世界的“柔和阴影”： 即使没有明确的光源，真实世界中的环境光也会被物体本身以及周围物体“遮挡”，从而在接缝处产生自然的阴影，RTAO正是模拟这一点。
所以，光线追踪环境光遮蔽更侧重于局部细节的遮挡关系，是在“光线的旅程”中，特别关注“抵达目的地”时有多少障碍物的影响。它是在全局光照的框架下，对“遮挡”这个具体物理现象的精细化模拟。
为什么它们会同时存在？
现在我们来回答最关键的问题：为什么这两种技术会同时出现在游戏中，而且后者似乎是前者的一个细分或补充？
1. 不同的侧重点和贡献：
RTGI 带来了全局的、整体的光影氛围。 它让场景的光线感觉更“有活力”，光线可以在场景中跳跃，产生柔和的二次反光，让整个画面的光照基础更加真实。没有RTGI，即使有RTAO，画面也可能显得比较“平板”。
RTAO 带来了局部的、微观的细节真实感。 它极大地增强了物体的立体感和细节表现，让接缝、角落处的阴影过渡更加自然，避免了“假白”或光线分布不均的情况。没有RTAO，即使有RTGI，一些精细的凹陷和连接处可能仍然会因为缺乏局部遮挡的模拟而显得不够真实。
2. 互补性而非替代性：
可以把RTGI想象成模拟了“整个房间的灯光系统”，它让整个房间的亮度、色温都有一个整体的设定，并且光线在房间内会因为墙壁、家具而反射。
而RTAO 则是在这个基础之上，更仔细地看了看房间的每一个“角落”和“缝隙”，确保这些地方因为被家具或其他物品遮挡而显得足够暗，并且这种暗度是真实的，而不是凭空产生的。
所以，RTAO 是在 RTGI 提供的宏观光照基础上，对局部细节进行的“深度优化”。
3. 性能考量和效果取舍（历史和技术演进）：
在早期的光线追踪技术发展中，实现完整的全局光照（尤其是在复杂场景中进行多次反射模拟）对性能要求极高。为了在有限的计算资源下提供可见的真实感提升，开发者可能会先实现一些更易于理解和显效的技术。
AO（环境光遮蔽）作为一种模拟间接光照的“简化”方法，在屏幕空间（SSAO）时期就已经非常流行，因为它能以相对较低的性能成本显著提升画面的立体感和细节。当光线追踪进入游戏时，将这种成熟的AO思想与光线追踪结合，自然就催生了RTAO。
而真正的RTGI，尤其是能够准确模拟多次反射和复杂光学现象的全局光照，对计算能力的要求是指数级的。因此，游戏开发者往往会根据性能预算，选择实现“部分”或“特定类型”的RTGI，或者将其与近似算法结合。在这种情况下，RTAO 作为一个相对“独立”且效果显著的技术，可以很好地补充RTGI的不足，或者在RTGI实现程度不高时，扮演更重要的角色。
4. 特定效果的需求：
有些游戏可能不追求完全逼真的全局光照传播，但却非常需要增加物体表面的细节层次和立体感。这时，RTAO 就能提供非常“划算”的效果。
反之，如果游戏画面已经通过其他技术（如高质量的反射探针或屏幕空间反射）模拟了不错的间接光，但又想在物体接缝处增加更自然的阴影过渡，那么RTAO也能单独发挥作用。
总结来说，光线追踪全局光照和光线追踪环境光遮蔽不是在互相竞争，而是在协同作战。
RTGI 负责的是宏观的光影基调和整体的光线互动。
RTAO 负责的是微观的细节遮挡和局部阴影的自然过渡。
当两者结合时，游戏画面能够同时享受到全局光照带来的生动光影和环境光遮蔽带来的精致细节，从而实现远超单一技术的效果，让虚拟世界更加触手可及。就像做一道菜，你需要整体调味（全局光照），也需要精确地控制每一种香料的用量和加入时机（环境光遮蔽），才能做出层次丰富、口感绝佳的佳肴。
网友意见
因为这两种技术都不是真正的全局光照，各自关注了全局光照当中的一部分，所以需要配合使用。
工程实际当中很多东西都是大杂烩，尤其游戏当中的渲染，虽然以图形学为基础，但是基本都是各种“乱用”：或者说近似使用。
因为游戏画面并不追求科学意义上的准确，而是追求以最小的代价获得最接近的观感。这点其实和电影工业很像。（想一想用泡沫塑料下雪用人撬火车车厢模拟列车运行时的晃动）
图形学上的光追本身就是一个全局光照算法（当然，传统的路径追踪其实是局部光照算法）。只要采样数足够多，画面当中所有的光学现象，无论是直接光还是间接光、反射还是折射、高光还是阴影，甚至包括薄膜表面的衍射、溶胶物质的次表面散射、大气散射、色散、各种镜头特效等等，都可以用完全一样的同一套算法产生。
在这个意义上，有了RTGI就有了一切。
但是游戏行业的RTGI却不是这么一个东西，至少现在不是。
因为现在的硬件算力根本达不到在短短的一帧时间内用光追硬算上面这些所有光学现象的程度。（当然，也取决于场景复杂度和最终画面分辨率）
从而，现今在游戏行业当中的普遍做法是将光追的方法融入到传统的光栅化渲染管线当中，取代其中的一些步骤。
你所提到的RTGI和RTAO就是这样的东西。其中的RTGI基本上是取代之前的诸如反射球反射代理呀光照贴图呀光子贴图呀SSR呀VPL（虚拟点光源）呀什么的东西，而RTAO是取代诸如HBAO呀SSAO呀什么的东西。
简单来说，这里的GI负责的是计算画面当中某个被直接光照亮的表面对于其它表面贡献的间接光照强度，而AO负责的是计算场景当中每个表面接受间接光照的能力。
也就是一个负责照一个负责被照，一个加一个减，一正一负，这是最为典型的凑结果的手段：不够就加点儿，加过头了就减一点儿。
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