ue4集合类型_UE4粒子系统渲染管线概述

本文基于UE4版本4.25.3，对Cascade粒子系统的移动端渲染管线进行简单的概括和描述。

Game Thread部分

粒子系统Actor被Spawn（或所在的Level被加载）的时候，UParticleSystemComponent注册和初始化，并通过CreateSceneProxy函数注册和创建FParticleSystemSceneProxy。

UParticleSystemComponent的主要数据成员是TArray<struct FParticleEmitterInstance*> EmitterInstances，包含粒子系统的所有粒子发射器。每一个粒子发射器对应一个FParticleEmitterInstance，管理当前发射器下所有的粒子。

FBaseParticle为粒子数据结构，保存粒子的Location、Rotation、Size和Velocity等数据。FParticleEmitterInstance用uint8* ParticleData指向保存FBaseParticle类型数据集合的连续内存空间。

UParticleSystemComponent关联的所有粒子数据内存空间只由GameThread访问。在帧结束的时候通过UpdateDynamicData函数创建一份包含粒子内存数据的拷贝——FParticleDynamicData，并异步传递给FParticleSystemSceneProxy，供RenderThread渲染使用。

大部分情况下，UE4通过给渲染线程生成一份渲染数据拷贝和函数线程专用（比如函数后缀加_RenderThread）的方式来防止出现多线程渲染的Race Condition问题。

GameThread部分调用示意图

Render Thread部分

在FParticleDynamicData被GameThread传递过来之后，粒子系统的渲染真正开始。

粒子系统的渲染始于FParticleSystemSceneProxy::GetDynamicMeshElements函数，输出FMeshBatchs。FMeshBatch是FParticleSystemSceneProxy到MeshDrawCommand之间的一个中间数据结构，主要包含顶点数据流（FVertexStream）、IndexBuffer和材质等。

粒子系统渲染用到的顶点数据流主要有两个：索引为0的几何数据流和索引为1的Instanced数据流，由FParticleSpriteVertexFactory创建和关联。几何数据流描述每个粒子的几何结构为4个顶点构成的单位大小的正方形。Instanced数据流为粒子数据集合，用于以Instanced的方式绘制这些粒子正方形。

Instanced数据流由FParticleDynamicData初始化而来。因为FParticleDynamicData的数据内容主要是GameThread使用的FBaseParticle类型数据集合的拷贝，所以RenderThread通过FDynamicSpriteEmitterData::GetVertexAndIndexData函数把原类型数据集合转换成渲染使用的FParticleSpriteVertex类型数据集合。FParticleSpriteVertex定义了需要传入GPU的顶点数据结构，与ParticleSpriteVertexFactory.ush 定义的顶点输入类型FVertexFactoryInput对应。

为什么GameThread和RenderThread要分别定义粒子数据结构？GameThread对粒子的抽象是一个Pivot点，更新的是这个Pivot点的位置、旋转和Size等信息。而RernderThread把粒子点几何化为一个4个顶点，2个面构成的单位正方形，渲染的时候基于粒子Pivot点的位置、旋转和Size等信息把粒子的4个顶点计算并绘制出来。

FMeshBatch生成后，进入到MeshDrawCommand的构建阶段。FMeshBatch与MeshDrawCommand可理解为一对n的关系，n的值取决于该Mesh会被多少个EMeshPass处理。比如，产生实时阴影的不透明Mesh会被DepthPass、CSMShadowDepth和BasePass 三个EMeshPass处理来分别构建MeshDrawCommand。

为什么需要定义不同的EMeshPass？不同的EMeshPass绘制关联的顶点数据流，Shader和渲染状态等不一样，比如DepthPass的绘制只需要设置顶点位置数据流（PositionOnlyStream），关联的Shader主要功能为Vertex的空间变换和Pixel的深度输出，不用做光照计算等。

对粒子系统来说，一般不写场景深度，不产生阴影，所以DepthPass和CSMShadowDepth的MeshDrawCommand构建过程会被过滤掉。BasePass的构建始于FMobileSceneRenderer::SetupMobileBasePassAfterShadowInit函数，在关联好Shader，设置好TaskContext渲染状态等之后，调用BuildMeshDrawCommands函数真正进行MeshDrawCommand的构建。

所有相关EMeshPass的MeshDrawCommand构建好之后，开始MeshDrawCommand的提交和绘制。BasePass的绘制始于FMobileSceneRenderer::RenderMobileBasePassBasePass函数，然后根据构建阶段生成的TaskContext渲染状态设置PipelineState，根据MeshDrawCommand关联的顶点数据流设置StreamSource等，最后调用RHICmdList::DrawIndexedPrimitive完成绘制。

构建MeshDrawCommand阶段引擎默认是渲染线程起Work线程来并发执行，可以设置Console命令r.MeshDrawCommands.ParallelPassSetup=0来关掉并发，最后的Mesh绘制可以设置r.RHIThread.Enable=0来关掉RHI线程平台相关的绘制API的调用，这样上述所有阶段都在RenderThread依次顺序执行，方便调试。