# 阴影初始化

阴影初始化 InitDynamicShadows 的主要过程，如下：

• 根据 view、场景光源、控制台变量初始化阴影相关标记。
• 遍历场景所有光源（Scene->Lights），执行以下操作：
  • 如果光源没有开启阴影或阴影质量太小，或者光源在所有 view 都不可见，忽略之，不执行阴影投射。
  • 如果是点光源全景阴影，则将该光源组件名字加入 Scene 的 UsedWholeScenePointLightNames 列表中。
  • 如果符合全景阴影的创建条件，调用 CreateWholeSceneProjectedShadow：
    • 初始化阴影数据，计算阴影所需的分辨率、过渡因子（FadeAlpha）等。
    • 若过渡因子太小（小于 1/256），则直接返回。
    • 遍历光源的投射阴影数量，每次都执行分辨率计算、位置（SizeX、SizeY）计算、需创建的阴影图数量等。
      • 根据阴影图数量创建同等个数的 FProjectedShadowInfo 阴影实例，对每个阴影实例：
        • 设置全景投射参数（视锥体边界、变换矩阵、深度、深度偏移等）、过渡因子、缓存模式等。
        • 加入 VisibleLightInfo.MemStackProjectedShadows 列表；如果是单通道点光源阴影，填充阴影实例的 cubemap6 个面的数据（视图投影矩阵、包围盒、远近裁剪面等），并初始化锥体。
        • 对非光追距离场阴影，执行 CPU 侧裁剪。构建光源视图的凸面体，再遍历光源的移动图元列表，调用 IntersectsConvexHulls 让光源包围盒和图元包围盒求交测试，相交的那些图元才会添加到阴影实例的主体图元列表中。对光源的静态图元做相似的操作。
        • 最后将需要渲染的阴影实例加入 VisibleLightInfo.AllProjectedShadows 列表中。
  • 针对两类光源（移动和固定的光源、尚未构建的静态光源）创建 CSM（级联阴影）。调用 AddViewDependentWholeSceneShadowsForView 创建视图关联的 CSM：
    • 遍历所有 view，针对每个 view：
      • 如果不是主 view，直接跳过后续步骤。
      • 获取视图相关的全景投影数量，创建同等数量的 FProjectedShadowInfo 阴影实例，给每个阴影实例设置全景投影参数，最后添加到阴影实例列表和待裁剪列表中。
  • 处理交互阴影（指光源和图元之间的影响，包含 PerObject 阴影、透明阴影、自阴影等），遍历光源的动态和静态图元，给每个图元调用 SetupInteractionShadows 设置交互阴影：
    • 处理光源附加根组件，设置相关标记。如果存在附加根组件，跳过后续步骤。
    • 如果需要创建阴影实例，则调用 CreatePerObjectProjectedShadow 创建逐物体阴影：
      • 遍历所有 view，收集阴影相关的标记。
      • 如果本帧不可见且下一帧也没有潜在可见，则直接返回，跳过后续的阴影创建和设置。
      • 没有有效的阴影组图元，直接返回。
      • 计算阴影的各类数据（阴影视锥、分辨率、可见性标记、图集位置等）。
      • 若过渡因子（FadeAlpha）小于某个阈值（1.0/256.0），直接返回。
      • 符合阴影创建条件且是不透明阴影，则创和设置建阴影实例，加入 VisibleLightInfo.MemStackProjectedShadows 列表中。如果本帧可见则加入到阴影实例的主体图元列表，如果下一帧潜在可见则加入到 VisibleLightInfo.OccludedPerObjectShadows 的实例中。
      • 符合阴影创建条件且是半透明阴影，执行上步骤类似操作。
• 调用 InitProjectedShadowVisibility 执行阴影可见性判定：
  • 遍历场景的所有光源，针对每个光源：
    • 分配视图内的投射阴影可见性和关联的容器。
    • 遍历可见光源所有的阴影实例，针对每个阴影实例：
      • 保存阴影索引。
      • 遍历所有 view，针对每个 view：
        • 处理视图关联的阴影，跳过那些不在视图视锥内的光源。
        • 计算主体图元的视图关联数据，断阴影是否被遮挡，设置阴影可见性标记。
        • 如果阴影可见且不是 RSM，利用 FViewElementPDI 绘制阴影锥体。
• 调用 UpdatePreshadowCache 清理旧的预计算阴影，尝试增加新的到缓存中：
  • 初始化纹理布局。
  • 遍历所有缓存的预阴影，删除不在此帧渲染的实例。
  • 收集可以被缓存的 PreShadow 列表。
  • 对 PreShadow 从大到小排序（更大的 PreShadow 在渲染深度时会有更多的物体）。
  • 遍历所有未缓存的 PreShadow，尝试从纹理布局中给 PreShadow 找空间，若找到，则设置相关数据并添加到 Scene->CachedPreshadows 列表中。
• 调用 GatherShadowPrimitives 收集图元列表，以处理不同类型的阴影：
  • 如果没有 PreShadow 且没有视图关联的全景阴影（ViewDependentWholeSceneShadows），则直接返回。
  • 如果允许八叉树遍历（GUseOctreeForShadowCulling 决定），利用八叉树遍历 Scene->PrimitiveOctree，针对每个孩子节点：
    • 检查孩子节点是否至少在一个阴影（包含 PreShadow 和视图相关的全景阴影）内，如果是，则 push 到节点容器中。
    • 如果图元节点的元素大于 0，从 FMemStack 创建一个 FGatherShadowPrimitivesPacket 实例，将该节点的相关数据存入其中，添加到 FGatherShadowPrimitivesPacket 实例列表中。
  • 如果是非八叉树遍历模式，则线性遍历图元，创建 FGatherShadowPrimitivesPacket 并加入到列表中。
  • 利用 ParallelFor 并行地过滤掉和阴影不相交的图元，收集和阴影相交的图元。
  • 收集最后阶段，将受阴影影响的图元加入阴影实例的 SubjectPrimitive 列表中，清理之前申请的资源。
• 调用 AllocateShadowDepthTargets 分配阴影图所需的渲染纹理：
  • 初始化不同类型的指定了分配器的阴影列表。
  • 遍历所有光源，针对每个光源：
    • 遍历光源的所有阴影实例，针对每个阴影实例：
      • 检测阴影是否至少在一个 view 中可见。
      • 检测阴影缓存模式为可移动图元时的条件可见性。
      • 其它特殊的可见性判断。
      • 如果阴影可见，根据不同类型加入到不同的阴影实例列表中。
    • 排序级联阴影，因为在级联之间的混合要求是有序的。
    • 调用 AllocateCSMDepthTargets 分配 CSM 深度渲染纹理。
    • 处理 PreShadow。
    • 依次分配点光源 cubemap、RSM、缓存的聚光灯、逐物体、透明阴影的渲染纹理。
    • 更新透明阴影图的 uniform buffer。
    • 删除完全没有被使用的阴影缓存。
• 调用 GatherShadowDynamicMeshElements 收集阴影的动态网格元素：
  • 遍历所有阴影图图集（ShadowMapAtlases），收集每个图集内的所有阴影实例的网格元素。
  • 遍历所有 RSM 阴影图图集（RSMAtlases），收集每个图集内的所有阴影实例的网格元素。
  • 遍历所有点光源立方体阴影图（ShadowMapCubemaps），收集每个立方体阴影图内的所有阴影实例的网格元素。
  • 遍历所有 PreShadow 缓存的阴影图（PreshadowCache），收集阴影实例的网格元素。
  • 遍历所有透明物体阴影图图集（TranslucencyShadowMapAtlases），收集每个图集内的所有阴影实例的网格元素。

# 优化技巧：

• 利用物体（视图、光源、阴影、图元）的简单形状做相交测试，剔除不相交的阴影元素。
• 利用各类标记（物体、视图、控制台、全局变量等等）及衍生标记，剔除不符合的阴影元素。
• 利用中间数据（过渡因子、屏幕尺寸大小、深度值等等）剔除不符合的阴影元素。
• 特殊数据结构（纹理布局、阴影图集、八叉树、连续线性数组）和遍历方式（并行、八叉树、线性）提升执行效果。
• 充分利用缓存（PreShadowCache、潜在可见性等）减少渲染效果。
• 对阴影类型进行排序，减少渲染状态切换，减少 CPU 和 GPU 交互数据，提升缓存命中率。
• 不同粒度的遮挡剔除。

# 渲染阴影

阴影应用阶段可以关注几个重要步骤和额外说明：

• 每个开启了阴影且拥有有效阴影的光源都会渲染一次 ScreenShadowMaskTexture 。
• 渲染 ScreenShadowMaskTexture 前，会调用 ClearShadowMask 清理 ScreenShadowMaskTexture ，保证 ScreenShadowMaskTexture 是原始状态（全白）。
• 调用 RenderShadowProjections ，将光源下的所有阴影实例投射并叠加到屏幕空间的 ScreenShadowMaskTexture 。这样做的目的是类似于延迟着色，将多个阴影提前合并到 View 的视图空间，以便后续光照阶段只需要采样一次即可得到阴影信息，提升渲染效率。缺点是要多一个 Pass 来合并光源的阴影，增加了 Draw Call，也增加了少量的显存消耗。
• ScreenShadowMaskTexture 除了常规的对比深度图阴影，还可能包含距离场阴影、次表面阴影、透明体积阴影、胶囊体阴影、高度场阴影、头发阴影、RT 阴影等类型。它的每个通道都有特殊的用途，用于细分和存储不同类型的阴影信息。意思就是 ScreenShadowMaskTexture 就是所有类型已经渲染出来的阴影的结合
• 渲染 ScreenShadowMaskTexture 的 shader 在过滤阴影图时，支持三种过滤方式：无过滤、PCSS 和自定义 PCF。
• 在光照计算的 shader 中， ScreenShadowMaskTexture 被绑定到 LightAttenuationTexture （光照衰减纹理）的变量中，亦即 C++ 层的 ScreenShadowMaskTexture 其实就是光照 Shader 的 LightAttenuationTexture 。
• 在光照 Shader 文件 DeferredLightPixelShaders .usf 中，计算动态光照时，只调用一次了 GetPerPixelLightAttenuation () 的值（亦即只采样一次 LightAttenuationTexture ），即可计算出物体表面受阴影影响的光照结果。

总结阴影渲染主要流程：