UE 知识卡片
Rendering
Nanite · VSM · SMRT
Virtual Shadow Maps
UE5 下一代阴影：页面化流送、与 Nanite 协同，以及真实项目里的性能陷阱与诊断路径。
Question
请详细解释 Virtual Shadow Maps（VSMs）的核心机制、它们与 Nanite 的内在关系，以及如何实现一致的高分辨率阴影。同时讨论常见性能陷阱（非 Nanite 几何、快速相机运动、复杂材质），并说明如何在底层诊断与缓解——引用相关控制台变量与 C++ 考量。
一句话结论
VSMs 把阴影贴图像 Nanite 一样「虚拟化」：超高分辨率阴影被切成可缓存的页面，按屏幕需求按需分配与失效，从而在开放世界动态光照下仍能保持一致的高分辨率阴影。
虚拟分辨率概念上可达 16k×16k，定向光再用 clipmap 扩展
页面大小128×128 像素瓦片，按需分配 / 跨帧缓存
柔和阴影SMRT：接触硬化半影，非均匀模糊
最佳拍档Nanite 几何路径成本最低、质量最稳
核心机制
VSMs 在概念上是超高分辨率阴影贴图。为避免全量渲染，它采用基于页面的流送：
- 根据深度缓冲分析，只分配屏幕着色真正需要的页面；
- 页面跨帧缓存；物体或光源移动时才失效并重绘；
- 定向光通过 clipmap 在不同距离层维持合适解析度。
设计直觉：不是「永远画一张巨图」，而是「只画当前帧用得到的阴影碎片，并尽量复用」。
与 Nanite 的关系
VSMs 把 Nanite 的虚拟化思路延伸到阴影。Nanite 的自动 LOD / 剔除与 VSM 的页面分配天然契合：Nanite 能高效提供栅格化虚拟页面所需的高细节几何。
启用 VSMs 后，许多传统路径会被统一替换（Stationary 预计算阴影、逐对象阴影、可移动光的 CSM 等），因为 Nanite 往往不兼容这些旧技术。
柔和阴影：SMRT
VSMs 通过 Shadow Map Ray Tracing（SMRT） 做接触硬化半影：近处更锐、远处更软，比均匀 PCF 更符合物理。柔和度受光源半径/角度影响，也可由 CVar 控制采样数。
r.Shadow.Virtual.SMRT.SamplesPerRay.Local
r.Shadow.Virtual.SMRT.SamplesPerRay.Directional常见性能陷阱
| 场景 | 为什么疼 | 优先动作 |
|---|---|---|
| 非 Nanite 几何 | 走更贵的栅格化路径，相机移动时易尖峰 / 伪影 | 能 Nanite 就 Nanite；否则评估是否必须投 VSM |
| 快速相机 / 大面积露出 | 大量页面在同一帧失效、分配、重绘 | 降分辨率与物理页上限；减少动态投射物 |
| 复杂材质 | WPO、Masked、可编程栅格化抬高深度通道成本 | 简化投射阴影材质；必要时换阴影方案 |
| VRAM 压力 | 物理页面池仍占显存，高 clipmap / 多光源更糟 | 调 MaxPhysicalPages、clipmap 最大分辨率 |
诊断
Unreal Insights/stat gpu/profilegpu：盯Shadow Depths，尤其是Render Virtual Shadow Maps Non-Nanite- 编辑器可视化：
Show → Visualize → Virtual Shadow Maps（页面分配、失效、非 Nanite 贡献）
缓解策略
- 优先 Nanite：静态与高模动态网格尽量开 Nanite。蒙皮 / 复杂 WPO 无法 Nanite 时，评估胶囊体阴影或预计算阴影。
- 调质量档：用下表 CVar 按预算下调分辨率、页面池、SMRT 采样。
- 简化投射材质：去掉不必要的 WPO / 复杂 Masked / 自定义可编程栅格化。
- 管动态：减少高频移动的 VSM 投射物与高质可移动光数量。
- 借 World Partition：减少任一时刻需要考虑的潜在阴影投射物总量。
CVar 速查
| 控制台变量 | 用途 |
|---|---|
r.Shadow.Virtual.Enable 0 | 最后手段：整站关掉 VSM |
r.Shadow.Virtual.ResolutionLodBiasDirectional | 定向光整体分辨率偏置（约 -3~3，降低可减负载） |
r.Shadow.Virtual.Clipmap.MaxResolution | 定向光 clipmap 最大分辨率（如 2048） |
r.Shadow.Virtual.MaxPhysicalPages | 物理页面上限（过低会伪影） |
r.Shadow.Virtual.SMRT.SamplesPerRay.* | 柔和阴影采样（1–8）；降采样换性能 |
注意：把
MaxPhysicalPages 压太低会直接出阴影破洞 / 闪烁。先用可视化确认是「分配过多」还是「失效风暴」。
C++ 考量（进阶）
- 对问题 Actor 关闭阴影 / VSM：
UPrimitiveComponent::SetCastShadow(false)，或SetCastVirtualShadowMap(false)（若已暴露） - 按场景动态改 VSM CVar / 光源设置（例如动作镜头临时降质）
- 极端情况再下钻引擎源码：
Engine/Source/Runtime/Renderer/Private/VirtualShadowMaps/