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title: RED阴影系统
date: 2026-05-03 00:00:00
excerpt: 动态/静态阴影分离着色系统，ARC 卡通渲染的核心阴影方案
tags:
  - ARC
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rating: ⭐
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# RED 阴影系统

返回 [[Rendering]]

## 概述

RED 阴影系统是 ARC 引擎卡通渲染的核心机制。它将传统 Deferred Lighting 中的阴影处理替换为**阴影着色（Shadow Coloring）**方案——阴影区域不是简单地变暗，而是使用指定的"阴影颜色"进行着色，这是实现赛璐珞风格卡通渲染的关键技术。

## 核心思路

传统 PBR 阴影：`最终颜色 = 光照颜色 × 阴影衰减`
RED 阴影系统：`最终颜色 = lerp(阴影颜色, 光照颜色, 阴影系数)`

同时将**动态阴影**（Shadow Map）和**静态阴影**（Lightmap / Distance Field Shadow）分离处理，允许独立控制两种阴影的着色效果。

## 实现细节

### 1. 入口函数 REDDirectionalPixelMain

在 `DeferredLightPixelShaders.usf` 中新增独立的方向光入口：

```hlsl
// ASW Change : 2016/10/12 21:35:18 Takuro.K
void REDDirectionalPixelMain(
    float2 InUV : TEXCOORD0,
    float3 ScreenVector : TEXCOORD1,
    float4 SVPos : SV_POSITION,
    out float4 OutColor : SV_Target0 )
{
    // ... 读取 GBuffer、计算光照衰减 ...
    OutColor = REDGetShadowColor(
        WorldPosition, CameraVector, ScreenSpaceData.GBuffer,
        ScreenSpaceData.AmbientOcclusion,
        ScreenSpaceData.GBuffer.ShadingModelID,
        LightData, GetPerPixelLightAttenuation(InUV),
        Random, DynamicShadowShade);
}
```

`DynamicShadowShade` 是一个 uniform 参数，控制动态阴影的明暗程度。

### 2. 阴影项分离 REDGetShadowTerms

在 `DeferredLightingCommon.ush` 中将阴影分解为动态和静态两个独立项：

```hlsl
void REDGetShadowTerms(
    FGBufferData GBuffer, FDeferredLightData LightData,
    float3 WorldPosition, float4 LightAttenuation,
    out float DynamicShadowTerm, out float StaticShadowTerm)
{
    // 动态阴影：来自 Shadow Map
    float DynamicShadowFraction = DistanceFromCameraFade(...);
    DynamicShadowTerm = min(
        lerp(LightAttenuation.x, 1.0f, DynamicShadowFraction),
        StaticShadowing);

    // 静态阴影：来自 Lightmap / Distance Field
    StaticShadowTerm = StaticShadowing;
}
```

### 3. 阴影着色 REDGetShadowColor

核心函数——使用 `DiffuseColor`（存储在 GBufferD 的 CustomData 中）作为阴影颜色：

```hlsl
float4 REDGetShadowColor(...)
{
    float DynamicShadow, StaticShadow;
    REDGetShadowTerms(GBuffer, LightData, WorldPosition,
        LightAttenuation, DynamicShadow, StaticShadow);

    // 动态阴影颜色 = DiffuseColor × DynamicShadowShade
    float3 DynamicShadowColor = GBuffer.DiffuseColor * DynamicShadowShade;

    // 静态阴影颜色 = DiffuseColor（不额外缩放）
    float3 StaticShadowColor = GBuffer.DiffuseColor;
    StaticShadowColor = lerp(StaticShadowColor, float3(1,1,1), StaticShadow);

    return float4(
        lerp(DynamicShadowColor, StaticShadowColor, DynamicShadow), 0.0f);
}
```

### 4. PointLight 的 CustomData 使用

点光源渲染时，将 CustomData（原本存储轮廓线 ID 等数据）重新解释为 DiffuseColor：

```hlsl
// ASW Change : 2020/01/14 20:19:00 Takeshi.N
ScreenSpaceData.GBuffer.DiffuseColor.rgb = ScreenSpaceData.GBuffer.CustomData.rgb;
```

## C++ 端支持

在 `LightRendering.cpp` 中：
- 新增 `REDDeferredLightPS` Pixel Shader 类，绑定 `DynamicShadowShade` 参数
- 点光源通过 `bPointLightRED` 排序键控制渲染顺序（排在方向光之后）
- `RED_CUSTOM_LIGHTING` 宏控制是否启用自定义光照路径

## 关联文档

- [[RED自定义数据通道]] — DiffuseColor 如何写入 GBufferD
- [[自定义光照Pass]] — REDDeferredLightPS 的 C++ 绑定
- [[BGMultColor全局色调]] — 场景全局色调叠加

## 修改文件列表

| 文件 | 修改类型 |
|------|---------|
| `Shaders/Private/DeferredLightPixelShaders.usf` | 新增 `REDDirectionalPixelMain` |
| `Shaders/Private/DeferredLightingCommon.ush` | 新增 `REDGetShadowTerms`、`REDGetShadowColor` |
| `Source/Runtime/Renderer/Private/LightRendering.cpp` | 新增 `REDDeferredLightPS`、点光排序 |