UE4.26的渲染逻辑相对于UE4.25做了较大幅度的改动，不同于4.25所有的实现逻辑都放在了材质蓝图（custom node）中，4.26则将大量的细节内嵌到了引擎shader中，虽然从代码实现细节来看，在当前这个时间节点，其中还包含了大量的临时代码，显然这并不是UE最终定稿的Volumetric Cloud实现框架，不过从大体框架来说，虽然引入了一些新的东西，但其实跟4.25的差别不是特别大，相信后续的改动也会遵循这个实现逻辑进行，加上最近可能要用到，因此这里就不等最终的版本出来再做分析了，先抛出一个版本，后续有新的改动再添加进来。

1. 代码入口

4.26体积云渲染的入口文件为VolumetricCloud.usf，入口函数为用SHADER_RENDERVIEW_PS宏包裹的MainPS。

除了上面这个MainPS之外，还有另外一个用SHADER_SHADOW_PS宏包裹的MainPS，这是用于绘制输出Cloud Shadow Map以方便前面MainPS计算采样点所在位置被Cloud遮挡住的Light数据的，由于实现逻辑大同小异，且不是核心的关注点，这里就直接一带而过了。

下面将重点介绍前面一个MainPS的实现逻辑。

2. 体积云渲染实现逻辑

MainPS函数中主要做了四个部分的工作：

1. 首先是一些变量的初始化，比如RayOrigin/RayDir等RayTracing的基本参数
2. 在初始化完成后，会调用TraceClouds接口完成RayMarching相关逻辑，这是Cloud Render的核心部分
3. 在Cloud Render完成之后，会叠加Aerial Perspective等大气散射效果
4. 必要的时候，添加HeightFog相关的计算逻辑

这四部分中，我们这里重点介绍第二部分RayMarching部分工作，下面按照计算顺序进行展开介绍。

2.1 RayMarching范围计算

RayMarching的第一步是计算RayMarching的起始点与终止点，也就是RayMarching的范围，这个逻辑是通过RayIntersectSphereSolution使用二项式求根公式完成的。

在完成直接求根得到的基本范围之后，还会根据当前像素的SceneDepth对范围进行修正，避免不可见部分Marching的浪费以及因此导致的计算结果异常。

2.2 光照参数获取

光照处理这边，4.26提供了最多两盏光源对云层进行Shading，其中第二盏光源是可选的，通过宏开关CLOUD_SAMPLE_SECOND_LIGHT进行控制。

对于每盏光源，需要计算对应的如下三个参数：

1. LightIlluminance，光照强度
2. LightIlluminanceFinal，这个参数是LightIlluminance乘上一个LuminanceScale后的数值，也是最终计算中所使用的数值
3. LightDirection

2.3 Marching前准备工作

接下来要完成的是RayMarching前的准备工作，主要包括RayMarching过程中会用到的一些参数：

1. Step相关的一些参数的计算，比如StepNum，StepSize等
2. 天光强度参数DistantSkyLightLuminance，这个参数会根据开关EnableDistantSkyLightSampling与SkyAtmospherePresentInScene来决定是直接从DistantSkyLightLutTexture采样得到，还是通过GetSkySHDiffuseSimple计算得到
3. RayMarching中的一些ScaleFactor参数，包括MsScattFactor，MsExtinFactor以及MsPhaseFactor
4. 相函数相关的一些参数，这里需要注意的是，理论上来说相函数参数应该是逐sample评估的而非逐pixel计算，这里UE提供了一个宏MATERIAL_VOLUMETRIC_ADVANCED_PHASE_PERSAMPLE，在这个宏打开的情况下，这个地方计算得到的逐pixel相函数参数就会被后面逐sample的参数覆盖
5. Ground散射相关的参数GroundToCloudTransfertIsoScatter，这个参数后面会用于对每个RayMarching Sample上的Incattering数据进行计算
6. 对每条射线的起始Marching Offset进行随机化，避免采样点不足时的严重锯齿感

2.4 RayMarching Loop

2.4.1 参数初始化

RayMarching是以参数的初始化开始的：
1.CloudMaterial参数的初始化，这部分参数包括CloudSampleAltitude，CloudSampleAltitudeInLayer，AbsoluteWorldPosition，CloudSampleNormAltitudeInLayer等位置参数，以及VolumeSampleConservativeDensity等密度参数，其中密度参数是与材质蓝图中的VolumetricAdvancedOutput的最后一个输入绑定的，即这个参数是材质蓝图自行完成的，表示的是当前点的Cloud密度

2. Shadign相关参数初始化，包括ExtinctionCoefficients，EmissiveLuminance以及Albedo，后面两者基本上可以理解为是从材质蓝图的输出属性中获取的，而前者追踪到最后，对应的却是GetMaterialSubsurfaceDataRaw接口，但是从材质蓝图中并没有找到这个参数的赋值入口，这一点还有待确认。

3. 在宏开关打开的情况下，计算前面说过的逐sample相函数参数

4. 计算两盏光源的LightTransmittance参数：AtmosphereTransmittanceToLight0/AtmosphereTransmittanceToLight1，这两个参数表示的是从点A到点B传播过程中的Transmittance数值，是通过GetAtmosphereTransmittance接口（SkyAtmosphereCommon.ush文件）计算得到的，通过对TransmittanceLutTexture进行采样来得到返回值。

5. 使用AO对天光参数DistantLightLuminance进行修正

将Albedo与ExtinctionCoefficients相乘得到ScatteringCoefficients，当这个参数大于0时，表示的是这一点有处于云层中，开启后续计算Marching逻辑。

2.4.2 Marching细节

1. 首先使用前面计算得到的光照Inscattering数据AtmosphereTransmittanceToLight0与AtmosphereTransmittanceToLight1，光照强度数据Light0Illuminance与Light1Illuminance再加上散射系数GroundToCloudTransfertIsoScatter计算得到当前点输入的Inscattering强度ScatteredLightLuminance

2. 在当前采样点可见性较好的情况下（TransmittanceToView > 0.01）进行Ground方向（float3(0, 0, -1)）的Shadow处理

3.根据Ground方向的Shadow处理结果，得到一个OpticalDepth，使用比尔定律对这个参数进行处理后与之前的Inscattering参数相乘，就得到了Ground方向的LightLuminance输入，将这部分数据累加到DistantLightLuminance天光部分。

4. 准备好光照方向Shadow Marching相关的Inscattering参数，包括ShadowLengthTest，ShadowStepCount等

5. 计算光照方向上的Shadow参数，这里有两种方式：
   5.1 一种是直接从shadowmap进行采样，这里的shadowmap是cloud绘制出来的shadowmap（仅限于第一盏光源），主要有三个通道：
   R - ShadowFrontDepthKm - km
   G - MeanExtinction - 1/m
   B - MaxOpticalDepth
   这里有个问题，就是如何判断当前点的OpticalDepth，对于从光源视角出发的某个点，沿着光照方向上的所有点，在ShadowMap上的UV都是相同的，这些点对应的Shadow显然是不一样的，要如何区分？这里的做法是通过估算得到：

• SampleDepthKm = saturate(1.0f - CloudShadowSampleZ) * ShadowmapFarDepthKm;
  • 计算当前点在光源视角下的深度
• OutOpticalDepth = MeanExtinction * (max(0.0f, SampleDepthKm - ShadowFrontDepthKm) * KILOMETER_TO_METERS)
  • 根据shadowmap的frontdepth与平均Extinction推算出一个OpticalDepth
• OutOpticalDepth = min(MaxOpticalDepth, OutOpticalDepth)
  • 确保不要超出最大OpticalDepth

5.2 第二种方法就是传统的RayMarching，实现流程与Ground Shadow类似，这里就不展开了。

这里如果在开启第二盏光源的情况下，对应的Shadow计算就只能走第二种RayMarching计算了。

2.4.4 Aerial Perspective Blend处理

前面说过，最终计算得到的Cloud，还需要考虑与Aerial Perspective的融合，因此这里还需要根据TransmittanceToView参数计算出于Aerial Perspective融合的加权系数

2.4.5 MultiScattering处理

RayMarching Loop处理的最后一项工作则是考虑来自多个方向的Inscattering输入（不仅限于两盏输入光源与Ground，最多支持MSCOUNT）作用下的Luminance输出。

1. 首先使用每个输入的TransmittanceToLight与LightIlluminanceFinal以及相函数输出相乘得到SunSkyLuminance，这里如果需要考虑两盏光源，那么就有两套参数，最终的SunSkyLuminance也是两盏光源共同作用之和，这是整个Cloud Shading的核心部分
   1.1 相函数计算中一个非常重要的参数是光源方向，两个光源方向对应的是ResolvedView.AtmosphereLightDirection数组，而这个数组是在FViewInfo::SetupUniformBufferParameters函数中进行赋值的，一般来说第一盏光源对应的是太阳光，不过这里赋值逻辑稍微复杂了一点，根据是否需要进行大气散射计算，这里赋值的来源可以是大气散射相关数据，也可以是其他光源数据。
   1.2 此外，LightIlluminanceFinal数据对应的是光源颜色，而这个数据也是来自于上面相对应的光源（或大气散射）数据。
   1.3 默认情况下只有单盏光源，即太阳光；而如果需要打开第二盏光源，则需要在shader中开启CLOUD_SAMPLE_SECOND_LIGHT宏，而要想打开这个宏，就需要在场景中添加一盏额外的平行光，并且进行如下设置：

2. 将DistantLightLuminance累加到SunSkyLuminance
3. 使用衰减系数以及自发光参数计算得到最终的ScatteredLuminance = SunSkyLuminance * ScatteringCoefficients + EmissiveLuminance;
4. 利用exp(x)的指数积分就是exp(x)，对当前采样step上的每一点的ScatteredLuminance 遵循比尔定律进行积分，得到最终的LuminanceIntegral
5. 而在这个step上的Luminance则等于TransmittanceToView * LuminanceIntegral，最终输出的Luminance则是所有step上的Luminance之和。

3. Aerial Perspective融合

体积云渲染结果与AP的融合遵循的是如下的公式：
Luminance = AerialPerspective.rgb * MeanCoverage + AerialPerspective.a * Luminance;

时间关系，具体参数含义这里就不展开了，有兴趣的同学请自行翻阅代码实现吧。