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title: 剖析虚幻渲染体系（05）- 光源和阴影
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date: 2024-02-08 17:48:39
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tags:
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rating: ⭐
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# 前言
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https://www.cnblogs.com/timlly/p/14817455.html
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# Shader体系
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## Shader模块层级
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**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：
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- BasePassCommon.ush
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- BRDF.ush
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- CapsuleLight.ush
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- Common.ush
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- CommonViewUniformBuffer.ush
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- Definitions.usf
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- FP16Math.ush
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- Platform.ush
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- ShaderVersion.ush
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- LightGridCommon.ush
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- LocalVertexFactoryCommon.ush
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- ShadingCommon.ush
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- ShadowDepthCommon.ush
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- ShadowProjectionCommon.ush
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- SHCommon.ush
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- (......)
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**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：
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- BasePassVertexCommon.ush
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- CapsuleLightIntegrate.ush
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- DeferredLightingCommon.ush
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- DeferredShadingCommon.ush
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- LocalVertexFactory.ush
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- MaterialTemplate.ush
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- RectLight.ush
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- RectLightIntegrate.ush
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- ShadingModels.ush
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- ShadingModelsMaterial.ush
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- VertexFactoryCommon.ush
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- (......)
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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：
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- BasePassPixelShader.usf
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- BasePassVertexShader.usf
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- CapsuleShadowShaders.usf
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- DeferredLightPixelShaders.usf
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- DeferredLightVertexShaders.usf
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- ShadowProjectionPixelShader.usf
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- ShadowProjectionVertexShader.usf
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- (......)
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## Shader基础模块
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- 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。
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- **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。
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- **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。
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- **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。
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- **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。
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- **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。
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- **ShadingModelsMaterial.ush**：提供了根据材质和指定参数设置GBuffe的接口。
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- 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。
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- VertexFactoryCommon.ush：此模块主要定义了顶点变换相关的辅助接口。
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- 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。
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- 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。
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- BasePassVertexCommon.ush：此模块定义了一些BasePass通用的结构体、宏。
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- 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`。
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- **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。
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# BasePass
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下面是`RenderBasePass`和`RenderBasePassViewParallel`并行渲染的逻辑：
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```c++
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bool FDeferredShadingSceneRenderer::RenderBasePass(FRHICommandListImmediate& RHICmdList, FExclusiveDepthStencil::Type BasePassDepthStencilAccess, IPooledRenderTarget* ForwardScreenSpaceShadowMask, bool bParallelBasePass, bool bRenderLightmapDensity)
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{
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(......)
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FExclusiveDepthStencil::Type BasePassDepthStencilAccess_NoDepthWrite = FExclusiveDepthStencil::Type(BasePassDepthStencilAccess & ~FExclusiveDepthStencil::DepthWrite);
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// 并行模式
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if (bParallelBasePass)
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{
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// 绘制任务等待.
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FScopedCommandListWaitForTasks Flusher(CVarRHICmdFlushRenderThreadTasksBasePass.GetValueOnRenderThread() > 0 || CVarRHICmdFlushRenderThreadTasks.GetValueOnRenderThread() > 0, RHICmdList);
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// 遍历所有view, 每个view渲染一次Base Pass.
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for (int32 ViewIndex = 0; ViewIndex < Views.Num(); ViewIndex++)
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{
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FViewInfo& View = Views[ViewIndex];
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// Uniform Buffer
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TUniformBufferRef<FOpaqueBasePassUniformParameters> BasePassUniformBuffer;
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CreateOpaqueBasePassUniformBuffer(RHICmdList, View, ForwardScreenSpaceShadowMask, nullptr, nullptr, nullptr, BasePassUniformBuffer);
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// Render State
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FMeshPassProcessorRenderState DrawRenderState(View, BasePassUniformBuffer);
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SetupBasePassState(BasePassDepthStencilAccess, ViewFamily.EngineShowFlags.ShaderComplexity, DrawRenderState);
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const bool bShouldRenderView = View.ShouldRenderView();
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if (bShouldRenderView)
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{
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Scene->UniformBuffers.UpdateViewUniformBuffer(View);
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// 执行并行渲染.
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RenderBasePassViewParallel(View, RHICmdList, BasePassDepthStencilAccess, DrawRenderState);
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}
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FSceneRenderTargets::Get(RHICmdList).BeginRenderingGBuffer(RHICmdList, ERenderTargetLoadAction::ELoad, ERenderTargetLoadAction::ELoad, BasePassDepthStencilAccess, this->ViewFamily.EngineShowFlags.ShaderComplexity);
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RHICmdList.EndRenderPass();
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(......)
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}
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}
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(......)
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}
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void FDeferredShadingSceneRenderer::RenderBasePassViewParallel(FViewInfo& View, FRHICommandListImmediate& ParentCmdList, FExclusiveDepthStencil::Type BasePassDepthStencilAccess, const FMeshPassProcessorRenderState& InDrawRenderState)
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{
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// 并行绘制的数据: 命令队列, 上下文, 渲染状态等.
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FBasePassParallelCommandListSet ParallelSet(View, ParentCmdList,
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CVarRHICmdBasePassDeferredContexts.GetValueOnRenderThread() > 0,
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CVarRHICmdFlushRenderThreadTasksBasePass.GetValueOnRenderThread() == 0 && CVarRHICmdFlushRenderThreadTasks.GetValueOnRenderThread() == 0,
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this,
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BasePassDepthStencilAccess,
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InDrawRenderState);
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// 触发并行绘制指令.
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View.ParallelMeshDrawCommandPasses[EMeshPass::BasePass].DispatchDraw(&ParallelSet, ParentCmdList);
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}
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```
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`RenderBasePass`是依靠`FScopedCommandListWaitForTasks`等待绘制指令完成。
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## BasePass渲染状态
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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`。
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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：
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```c++
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``` |