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title: 剖析虚幻渲染体系（05）- 光源和阴影
date: 2024-02-08 17:48:39
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# 前言
https://www.cnblogs.com/timlly/p/14817455.html

# Shader体系
## Shader模块层级
**第一梯队**的shader模块是**最底层最基础的模块**，这些模块不会引用其它模块，但会被其它很多模块引用。这些模块主要有：
- BasePassCommon.ush
- BRDF.ush
- CapsuleLight.ush
- Common.ush
- CommonViewUniformBuffer.ush
- Definitions.usf
- FP16Math.ush
- Platform.ush
- ShaderVersion.ush
- LightGridCommon.ush
- LocalVertexFactoryCommon.ush
- ShadingCommon.ush
- ShadowDepthCommon.ush
- ShadowProjectionCommon.ush
- SHCommon.ush
- (......)

**第二梯队**的**重要或基础模块**会引用第一梯队的基础模块，但也会被其它梯队或模块引用：
- BasePassVertexCommon.ush
- CapsuleLightIntegrate.ush
- DeferredLightingCommon.ush
- DeferredShadingCommon.ush
- LocalVertexFactory.ush
- MaterialTemplate.ush
- RectLight.ush
- RectLightIntegrate.ush
- ShadingModels.ush
- ShadingModelsMaterial.ush
- VertexFactoryCommon.ush
- (......)

最后是**第三梯队**的模块，重要模块的实现，会引用第一、第二梯队的模块：
- BasePassPixelShader.usf
- BasePassVertexShader.usf
- CapsuleShadowShaders.usf
- DeferredLightPixelShaders.usf
- DeferredLightVertexShaders.usf
- ShadowProjectionPixelShader.usf
- ShadowProjectionVertexShader.usf
- (......)

## Shader基础模块
- Platform.ush：主要定义了跟图形API（DirectX、OpenGL、Vulkan、Metal）和FEATURE_LEVEL相关的宏、变量及工具类接口。
- **Common.ush**：此模块主要包含了图形API或Feature Level相关的宏、类型、局部变量、静态变量、基础工具接口、常用Shader函数等。
- **Definitions.ush**：此模块主要是预先定义了一些常见的宏，防止其它模块引用时出现语法错误。
- **ShadingCommon.ush**：此模块主要是定义了材质所有ShaderModel，并提供了少量相关的工具类接口。
- **ShadingModels.ush**：此模块主要是着色模型以及光照计算相关的类型和辅助接口。
- **BasePassCommon.ush**：此模块定义了BasePass的一些变量、宏定义、插值结构体和工具类接口。
- **ShadingModelsMaterial.ush**：提供了根据材质和指定参数设置GBuffe的接口。
- BRDF.ush：双向反射分布函数模块，提供了很多基础光照算法及相关辅助接口。
- VertexFactoryCommon.ush：此模块主要定义了顶点变换相关的辅助接口。
- LocalVertexFactoryCommon.ush：局部顶点工厂通用模块，定义了顶点工厂的数据插值结构体及部分辅助接口。
- LocalVertexFactory.ush：局部顶点工厂模块，定义了骨骼蒙皮、顶点着色器等相关的数据类型和接口。
- BasePassVertexCommon.ush：此模块定义了一些BasePass通用的结构体、宏。 
	- 需要注意的是核心结构体`FGBufferData`，**它是通用的结构体，可用于BasePass和LightingPass的VS和PS之间，也可用于前向和延迟渲染中**。是最大数据集合体，在某些情况下，部分属性才有效，具体见**ShadingModelsMaterial.ush**的`SetGBufferForShadingModel`。
- **DeferredLightingCommon.ush**：此模块定义了延迟光照相关的通用的接口、宏、变量、类型等。

# BasePass
下面是`RenderBasePass`和`RenderBasePassViewParallel`并行渲染的逻辑：
```c++
bool FDeferredShadingSceneRenderer::RenderBasePass(FRHICommandListImmediate& RHICmdList, FExclusiveDepthStencil::Type BasePassDepthStencilAccess, IPooledRenderTarget* ForwardScreenSpaceShadowMask, bool bParallelBasePass, bool bRenderLightmapDensity)
{
    (......)
    
    FExclusiveDepthStencil::Type BasePassDepthStencilAccess_NoDepthWrite = FExclusiveDepthStencil::Type(BasePassDepthStencilAccess & ~FExclusiveDepthStencil::DepthWrite);
    // 并行模式
    if (bParallelBasePass)
    {
        // 绘制任务等待.
        FScopedCommandListWaitForTasks Flusher(CVarRHICmdFlushRenderThreadTasksBasePass.GetValueOnRenderThread() > 0 || CVarRHICmdFlushRenderThreadTasks.GetValueOnRenderThread() > 0, RHICmdList);
        
        // 遍历所有view, 每个view渲染一次Base Pass.
        for (int32 ViewIndex = 0; ViewIndex < Views.Num(); ViewIndex++)
        {
            FViewInfo& View = Views[ViewIndex];

            // Uniform Buffer
            TUniformBufferRef<FOpaqueBasePassUniformParameters> BasePassUniformBuffer;
            CreateOpaqueBasePassUniformBuffer(RHICmdList, View, ForwardScreenSpaceShadowMask, nullptr, nullptr, nullptr, BasePassUniformBuffer);

            // Render State
            FMeshPassProcessorRenderState DrawRenderState(View, BasePassUniformBuffer);
            SetupBasePassState(BasePassDepthStencilAccess, ViewFamily.EngineShowFlags.ShaderComplexity, DrawRenderState);

            const bool bShouldRenderView = View.ShouldRenderView();
            if (bShouldRenderView)
            {
                Scene->UniformBuffers.UpdateViewUniformBuffer(View);

                // 执行并行渲染.
                RenderBasePassViewParallel(View, RHICmdList, BasePassDepthStencilAccess, DrawRenderState);
            }

            FSceneRenderTargets::Get(RHICmdList).BeginRenderingGBuffer(RHICmdList, ERenderTargetLoadAction::ELoad, ERenderTargetLoadAction::ELoad, BasePassDepthStencilAccess, this->ViewFamily.EngineShowFlags.ShaderComplexity);
            RHICmdList.EndRenderPass();

            (......)
        }
    }

    (......)
}

void FDeferredShadingSceneRenderer::RenderBasePassViewParallel(FViewInfo& View, FRHICommandListImmediate& ParentCmdList, FExclusiveDepthStencil::Type BasePassDepthStencilAccess, const FMeshPassProcessorRenderState& InDrawRenderState)
{
    // 并行绘制的数据: 命令队列, 上下文, 渲染状态等.
    FBasePassParallelCommandListSet ParallelSet(View, ParentCmdList, 
        CVarRHICmdBasePassDeferredContexts.GetValueOnRenderThread() > 0, 
        CVarRHICmdFlushRenderThreadTasksBasePass.GetValueOnRenderThread() == 0 && CVarRHICmdFlushRenderThreadTasks.GetValueOnRenderThread() == 0,
        this,
        BasePassDepthStencilAccess,
        InDrawRenderState);

    // 触发并行绘制指令.
    View.ParallelMeshDrawCommandPasses[EMeshPass::BasePass].DispatchDraw(&ParallelSet, ParentCmdList);
}
```
`RenderBasePass`是依靠`FScopedCommandListWaitForTasks`等待绘制指令完成。

## BasePass渲染状态
我们知道BasePass是通过`FBasePassMeshProcessor`来收集很多shader绑定和绘制参数的，从Processor的过程中可以很容易知道，BasePass绘制时使用的VS和PS分别是`TBasePassVS`和`TBasePassPS`。
可知`TBasePassVS`提供了获取Shader绑定、更改编译环境和只编译指定的排列组合shader等接口，此外还拥有反射球、光照图类型等属性。下面是它的获取shader绑定的代码分析：
```c++
```