### UE4多线程渲染架构解析
#### 概述
虚幻引擎4（UE4）在游戏开发领域中因其强大的渲染能力和高效的多线程支持而备受赞誉。本篇旨在深入探讨UE4多线程渲染机制的核心组件和技术细节，特别是其在版本4.24.1中的实现方式。
#### 多线程渲染核心模块
UE4多线程渲染的关键在于通过三个独立线程协同工作来提高渲染效率：游戏线程(Game Thread)、渲染线程(Render Thread)与RHI线程(RHI Thread)。每个线程负责特定的任务，共同完成整个游戏的渲染过程。
- **游戏线程**：主要负责处理游戏逻辑和用户输入，并将必要的渲染状态变更发送给渲染线程。这是游戏逻辑的主要执行者。
- **渲染线程**：接收来自游戏线程的状态变更，负责更新渲染状态，并将渲染命令传递给RHI线程。它是渲染管线的核心部分。
- **RHI线程**：根据渲染线程传递过来的命令，实际执行GPU操作。RHI线程利用硬件特性，优化渲染性能。
#### 渲染线程任务队列
为了实现跨线程间的高效通信，UE4引入了一个名为“渲染线程任务队列”的模块。该模块允许开发者以闭包的形式提交任务，并确保这些任务能在渲染线程上正确执行。这一机制极大地简化了多线程编程的复杂度，并提高了程序的整体性能。
##### ENQUEUE_RENDER_COMMAND 宏
`ENQUEUE_RENDER_COMMAND` 宏是一个重要的接口，用于在游戏线程中向渲染线程提交任务。例如，在 `FRendererModule::BeginRenderingViewFamily` 方法中，开发者可以通过这种方式触发渲染任务。这个宏内部调用了 `EnqueueUniqueRenderCommand` 函数，最终构造并调度了一个 `TGraphTask<EURCType>` 对象。
##### TGraphTask
`TGraphTask` 是一个通用的任务类，用于封装和管理异步任务。它提供了创建和调度任务的功能，并且能够处理依赖性。当一个任务被提交到任务队列时，UE4会根据任务的大小选择合适的方式进行内存分配。
```cpp
static FConstructor CreateTask(
const FGraphEventArray* Prerequisites = NULL,
ENamedThreads::Type CurrentThreadIfKnown = ENamedThreads::AnyThread
) {
int32 NumPrereq = Prerequisites ? Prerequisites->Num() : 0;
if (sizeof(TGraphTask) <= FBaseGraphTask::SMALL_TASK_SIZE) {
void* Mem = FBaseGraphTask::GetSmallTaskAllocator().Allocate();
return FConstructor(new(Mem) TGraphTask(
TTask::GetSubsequentsMode() == ESubsequentsMode::FireAndForget ?
NULL : FGraphEvent::CreateGraphEvent(),
NumPrereq
), Prerequisites, CurrentThreadIfKnown);
}
return FConstructor(new TGraphTask(
TTask::GetSubsequentsMode() == ESubsequentsMode::FireAndForget ?
NULL : FGraphEvent::CreateGraphEvent(),
NumPrereq
), Prerequisites, CurrentThreadIfKnown);
}
```
上述代码展示了 `CreateTask` 方法如何创建 `TGraphTask` 实例的过程。根据任务的大小，UE4会选择不同的内存分配策略。如果任务小于预设的阈值，则会使用小任务分配器进行分配；否则，将直接进行分配。这里的关键是 `FConstructor` 对象的创建，它包含了 `TGraphTask` 的实例，并且可以看作是 `TGraphTask` 的另一种形式。
#### 游戏世界——渲染场景对象结构
在UE4中，游戏世界由多个场景对象构成，这些对象通过层次结构组织在一起。对于每个场景，UE4维护了一套复杂的渲染数据结构，包括但不限于：
- 场景对象（如模型、灯光等）的数据结构。
- 状态信息，比如光照信息、材质设置等。
- 用于快速访问和渲染的索引结构。
这些数据结构的设计充分考虑了渲染效率和内存使用效率，使得UE4能够在保持高性能的同时支持大规模、复杂的场景渲染。
#### 多线程渲染实现过程
UE4多线程渲染的具体实现过程涉及到了上述各个组件之间的交互。简单来说，游戏线程负责处理游戏逻辑和用户输入，并将渲染相关的变更数据发送给渲染线程；渲染线程则负责更新渲染状态，并将具体的渲染命令传递给RHI线程；RHI线程负责实际执行GPU操作，完成图像渲染。
整个过程中，UE4通过精细的任务管理和高效的线程间通信机制，确保了渲染任务的高效执行和资源的有效利用。
#### 结束
通过以上对UE4多线程渲染架构的分析，我们可以看出UE4在设计上充分考虑了现代计算机系统的多核特性，通过合理划分任务并在不同线程间高效协作，实现了高质量、高效率的游戏渲染。这对于提升游戏画面质量、增加玩家体验有着不可估量的价值。
