UE4 Engine Fix-Hair ShadingModel 在 不投影的 光源下曝光的問題
起因問題
又是一個光照爆掉的問題，重現的話，只要拖一個 點光源在頭髮周圍，然後關閉 cast shadow，就可以重現這個問題，整個頭髮會直接爆掉，類似這樣，欣賞一下 Mike 老師新染的頭髮，喜不喜歡~
可以看到整個背光面曝光都會非常嚴重，這個問題在目前最新的 UE版本 4。25。1 以及 4。24 都會存在，不止點光源，包括粒子光源，只有不投影，都會有這個問題
定位原因
找原因就是看程式碼了，先看一遍完整的流程
計算光照的入口在 DeferredLightingCommon。ush 裡面的
GetDynamicLightingSplit
（4。25之前的版本是叫GetDynamicLighting，這個版本累加 Lighting 的時候拆分了 DiffuseColor 和 SpecularColor，所以後面加了 Split 字尾）。
這個方法裡會先呼叫
GetShadowTerms
計算陰影項，根據光源衰減，計算賦值 Shadow。SurfaceShadow 和 Shadow。TransmissionShadow
比如點光源
Shadow。SurfaceShadow = LightAttenuation。z * StaticShadowing；
Shadow。TransmissionShadow = LightAttenuation。w * StaticShadowing；
然後基於螢幕空間的 RayMarching 計算 contact shadow，
會根據得到 的 ContactShdow 縮放 Shadow。TransmissionShadow
得到陰影項後，呼叫
IntegrateBxDF
分發到不同的 ShadingModel 的 BxDF 計算光照
具體到 Hair 的 shadingModel ，是呼叫到
HairBxDF
清空 Diffuse 和 Specular，呼叫 HairShading 計算 Lighting。Transmission
Lighting。Diffuse = 0；
Lighting。Specular = 0；
在
HairShading
裡面就是 UE目前使用的 Marschner + KajiyaKay 的 Hair shading model ，具體的這兩個演算法已經有很多文章介紹了，這裡就不贅述了
簡單來說，就是 利用基於物理的 Marschner 模型，計算光打在頭髮上之後的 R 項（第一次反射），TT 項（第一次穿透），RTR 項（第一次穿透再反射回來的），然後再用 KajiyaKay 的經驗模型， 簡單模擬一下散射項，尤其是背光面沒有 散射項的話，會稍微不太真實，和受光區域差別比較明顯，這部分距離邏輯在 KajiyaKayDiffuseAttenuation
float3 KajiyaKayDiffuseAttenuation（FGBufferData GBuffer， float3 L， float3 V， half3 N， float Shadow）
{
// Use soft Kajiya Kay diffuse attenuation
float KajiyaDiffuse = 1 - abs（dot（N， L））；
float3 FakeNormal = normalize（V - N * dot（V， N））；
//N = normalize（ DiffuseN + FakeNormal * 2 ）；
N = FakeNormal；
// Hack approximation for multiple scattering。
float Wrap = 1；
float NoL = saturate（（dot（N， L） + Wrap） / Square（1 + Wrap））；
float DiffuseScatter = （1 / PI） * lerp（NoL， KajiyaDiffuse， 0。33） * GBuffer。Metallic；
float Luma = Luminance（GBuffer。BaseColor）；
float3 ScatterTint = pow（GBuffer。BaseColor / Luma， 1 - Shadow）；
return sqrt（GBuffer。BaseColor） * DiffuseScatter * ScatterTint；
}
這部分程式碼也是後面解決問題，可能需要用到的
Shading計算完成後，就是出來的累加光照了
LightAccumulator_AddSplit（ LightAccumulator， Lighting。Diffuse， Lighting。Specular， Lighting。Diffuse， LightColor * LightMask * Shadow。SurfaceShadow， bNeedsSeparateSubsurfaceLightAccumulation ）；
LightAccumulator_AddSplit（ LightAccumulator， Lighting。Transmission， 0。0f， Lighting。Transmission， LightColor * LightMask * Shadow。TransmissionShadow， bNeedsSeparateSubsurfaceLightAccumulation ）；
第一行的LightAccumulator 由於上面 HairBxdf 清空了 diffuse 和 specular，所以是0
第二行就是關鍵了，頭髮之所以爆掉，也是因為發現這裡的 Shadow。TransmissionShadow 永遠是 1，導致背光面也完整疊加了上面模擬的光照結果
問題解決
Shadow。TransmissionShadow 項的計算是在
GetShadowTerms
裡面，細看一下程式碼，首先 它由於不投影，不會經過光源衰減，所以是預設值1，之後計算 contact shadow，發現又有這麼一段
if（ GBuffer。ShadingModelID == SHADINGMODELID_HAIR || GBuffer。ShadingModelID == SHADINGMODELID_EYE ）
{
// If hair transmittance is enabled， sharp shadowing should already be handled by
// the dedicated deep shadow maps。 Thus no need for contact shadow
const bool bUseComplexTransmittance = （LightData。HairTransmittance。ScatteringComponent & HAIR_COMPONENT_MULTISCATTER） > 0；
if （！bUseComplexTransmittance）
{
Shadow。TransmissionShadow *= ContactShadow；
}
}
預設不使用 Hair strands （會有multi scatter）的話，LightData。HairTransmittance。ScatteringComponent 是隻有 R，TT，RTR的
o。ScatteringComponent = HAIR_COMPONENT_R | HAIR_COMPONENT_TT | HAIR_COMPONENT_TRT；
沒有HAIR_COMPONENT_MULTISCATTER 標記，這也就導致這裡的 contact shadow 也是白算的，這裡的分支一個都不會走，所以就導致最終輸出了預設值 1。
最簡單的改法
就是在上面判斷的地方加一個或就解決了
if （！bUseComplexTransmittance || LightData。ShadowedBits < 1）
如果沒有光源不產生陰影的話，就使用 contact shadow 的結果。（ShadowedBits 在文底有解釋）
這是修改後的結果
Non Shadow 的 點光源光照
允許 Cast Shadow 有投影的話，會多一層過渡出來，因為根據光源型別計算的陰影遮蔽項的過渡，效果會自然一些
對於效果要求沒有那麼高的直接這麼改應該就好了，但如圖這麼背面完全沒有散射，如果希望提升一下效果的，可以要麼換用 Hair Strands，它會計算一個完整的自己的 deep shadow map，並且有 GlobalScattering 和 LocalScattering，當然，效果和複雜度都會提升
float3 EvaluateHairMultipleScattering（
const FHairTransmittanceData TransmittanceData，
const float Roughness，
const float3 Fs）
{
return TransmittanceData。GlobalScattering * （Fs + TransmittanceData。LocalScattering） * TransmittanceData。OpaqueVisibility；
}
要麼上面不那麼改shadowTerm，到BxDF的時候，先調整一下普通 Hair shading model 的 那個 稍微 tricky 的 KajiyaKay 的散射模型，不能像現在這麼一路 += 過來，再比如可以暴露它的wrap項，目前寫了定值1
這個其實就是 wrap lighting 的計算公式，一種最簡化的計算 area light 的公式，這裡使用這個，顯然是為了效率，但我們可以調整 wrap項，wrap=0 就當作一個點光源，wrap=1表示一個完全覆蓋的area light
然後 Marschner model裡修改傳入目前預設只有 1 的 Backlit 的有關的程式碼，稍微增強背光面的光照
我有嘗試，但由於沒什麼物理依據，所以就不貼具體的改法了。
那大概這樣~
附：
ShadowedBits 的填充
SimpleLight ，沒有shadow map，填充很簡單
// No shadowmap channels for simple lights
uint32 ShadowMapChannelMask = 0；
ShadowMapChannelMask |= SimpleLightLightingChannelMask << 8；
LightData。LightDirectionAndShadowMapChannelMask = FVector4（FVector（1， 0， 0）， *（（float*）&ShadowMapChannelMask））；
普通光源多一些
uint32 LightTypeAndShadowMapChannelMaskPacked =
（ShadowMapChannel == 0 ？ 1 ： 0） |
（ShadowMapChannel == 1 ？ 2 ： 0） |
（ShadowMapChannel == 2 ？ 4 ： 0） |
（ShadowMapChannel == 3 ？ 8 ： 0） |
（DynamicShadowMapChannel == 0 ？ 16 ： 0） |
（DynamicShadowMapChannel == 1 ？ 32 ： 0） |
（DynamicShadowMapChannel == 2 ？ 64 ： 0） |
（DynamicShadowMapChannel == 3 ？ 128 ： 0）；
LightTypeAndShadowMapChannelMaskPacked |= LightProxy->GetLightingChannelMask（） << 8；
// pack light type in this uint32 as well
LightTypeAndShadowMapChannelMaskPacked |= SortedLightInfo。SortKey。Fields。LightType << 16；
