大型世界坐标渲染介绍。

大型世界坐标（LWC）使用名为 DoubleFloat 的数学库，它使用成对的单精度浮点数模拟双精度浮点算术。 该库的C++/HLSL类型和运算符位于 Math/DoubleFloat.h 和 DoubleFloat.ush 源文件中。

可用的HLSL类型有：

运算符带有前缀"DF"，并有多种变体，可平衡精度和性能。变体在函数名称中用前缀或后缀来标记。例如：

• DFFast* 是一个后缀。例如， DFFastAdd 是一个后缀变体。此函数更快，但精度更低。使用此变体可获得最高速度，但会牺牲精度。对于基础运算符，每个函数的文档中都提供了论文参考资料，给出了关于其精度极限的详细说明。
• DF*Demote 是一个前缀。例如，DFFastAddDemote是一个前缀变体。此变体会返回32位结果，而不是双精度值。DF*Demote 的函数可用，且类似于 LWCToFloat 函数。使用 DF*Demote 函数可免除不必要的计算，效率更高。这是首选的截断方法。

DoubleFloat数学库中的许多数学函数会产生大量性能成本。如需关于实现最优性能和精度的指导，请参阅本页的转译的世界空间小节。

FLWCVector及相似类型

在虚幻引擎中，有多个复合类型使用专用于大型世界坐标的不同底层数学类型结构。 这些类型带有"FLWC"前缀，可在 LargeWorldCoordinates.ush 源文件中找到。大部分着色器现在使用DoubleFloat类型。但是，一些系统仍使用FLWC类型。

可用的HLSL类型有：

LWCAdd 或 LWCRsqrt 等运算可以在这些类型上执行。接受LWC输入值的运算将返回LWC输出（ LWCAdd ），而其他运算会返回常规浮点输出（ LWCRsqrt ）。将坐标变小的运算提供了返回常规浮点的途径。

FLWC类型提供的精度相较于DoubleFloat库更低。对于靠近图块边缘的矢量，固定图块大小意味着 图块（Tile） 组件中的位不被使用，而 偏移（Offset） 只能存储截断的坐标。在虚幻引擎5.4之前，这会导致物体在世界中移动时精度时高时低，主要表现为物体抖动和振动。DoubleFloat数学类型通过删除固定大小解决了该问题，因为无论值的量级如何，这两个组件始终会存储尽可能高的精度。这在概念上类似于定点与浮点算术之间的差异。

材质

材质转译器使用LWC值工作。你的材质中的一些节点将输出LWC值而不是浮点值。特别是，基于坐标的世界空间位置节点（例如WorldPosition、Object、Camera、Actor和Particle）以及TransformPosition节点将输出LWC值。此外，如果输入是LWC类型变量，大部分数学节点会输出LWC类型。

在材质中使用LWC会增加性能成本。绝对世界空间使用LWC比例，但会占用性能。使用LWC的数学运算耗时更长，因此成本更高。

你可以在接受或生成世界空间值的大部分材质节点上将 世界位置原点类型（World Position Origin Type） 属性设置为使用 摄像机相对世界位置（Camera Relative World Position） （或转译的世界空间），实现最优精度和性能。

尽管材质图表由于性能约束而继续使用图块-偏移系统，但在使用转译的世界空间时仍能提高精度，因为顶点工厂等后端系统已经改用了DoubleFloat。

将LWC用于材质时还需要额外注意的事项：

• 绝对世界空间使用LWC比例，但占用性能。
• 使用LWC的数学运算耗时更长，因此成本更高。
• 带前缀"FWS"的别名类型位于 WorldSpaceMath.ush 头文件中。它们被用作抽象，使用 FLWC* 或 FDF 类型实现。编写与材质图表交互的HLSL代码（例如，材质模板头文件）时需要用到它们。

从UE4到UE5的转换指南

如果你要迁移虚幻引擎4或更早版本的项目，可以将现有HLSL代码库移植到虚幻引擎5。以下建议可以确保转换成功。

• 访问世界空间（LocalToWorld，PreViewTranslation）中的值/矩阵时，将 View 更改为 PrimaryView 。
• 如果你在世界空间中执行的代码无法编译（例如，它缺少函数重载或类型转换），并且你没有资源重构你的代码库，你可以在需要时使用 LWCHackToFloat 函数。例如， LWCHackToFloat(PrimaryView.PreViewTranslation) 。

在你的代码仍无法编译的情况下：

• 考虑将着色器代码更改为在TranslatedWorldSpace而不是WorldSpace中运行。
• 世界空间值需要LWC类型（ FLWSVector3 ，而不是float3）和对应的LWC函数。

LWC类型不直接纳入统一缓冲区。如果使用了FLWC*类型，变量通常被存储为它所基于的组件（例如图块和偏移）。实体常常包含可以全部使用相同图块坐标的多个数据片段（例如，WorldToLocal、LocalToWorld和AbsoluteWorldPosition）。因此，典型模式是将偏移值连同单个共享float3 TilePosition值一起存储在统一缓冲区中（例如，RelativeWorldToLocal、LocalToRelativeWorld和RelativeWorldPosition）。这些统一的数据会被"解包"为一个包括实际LWC值的新结构体类型，其中许多值使用着色器中的单个TilePosition初始化。

没有可以针对 FDF* 类型共享的图块坐标。如果担忧内存成本或带宽，可以存储float3引用点和多个与此点相关的非LWC值。它们可以使用 DFTwoSum(Offset, Base) 重新组合为着色器中的DoubleFloat值。接着你可以使用DFFastTwoSum(Offset, Base)（运算数量减少一半），只要你能保证 |Offset| 大于 |Base| 。

着色器代码中的许多变量已被切换为LWC变体。以下似乎一些重要的示例：

• SceneData.ush 、 FPrimitiveSceneData 和 FInstanceSceneData 有各种更新的矩阵和位置矢量。
• 光源位置和反射捕获位置。
• 全局摄像机统一数据更改了各种矩阵和偏移（例如PreViewTranslation）。例如，在SceneView和FNaniteView中。

在虚幻引擎5.0之前，全局摄像机统一数据要么在渲染网格体（处理实例化立体渲染）时通过 ResolvedView 访问，要么在渲染后期处理和其他全局通道时通过 View 访问。在这些虚幻引擎版本中，View 会直接引用全局统一缓冲区。PrimaryView 已作为新别名添加，它将引用解包的全局视图结构体。因此， View.PreViewTranslation 等名称已更改为 PrimaryView.PreViewTranslation。ResolvedView.PreViewTranslation 会在适用的情况下继续起作用，并且对于从常规View别名访问非LWC量有效。

切换这些全局类型将提供一般指示，来表明你的着色器代码需要重构哪些地方才能支持LWC。例如：

		float3 WorldPosition = mul(Input.LocalPosition, View.LocalToWorld);

    // 上一行不再能够编译，需要被重构为：

    FDFVector3 WorldPosition = DFMultiply(Input.LocalPosition, PrimaryView.LocalToWorld);
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float3 WorldPosition = mul(Input.LocalPosition, View.LocalToWorld); // 上一行不再能够编译，需要被重构为： FDFVector3 WorldPosition = DFMultiply(Input.LocalPosition, PrimaryView.LocalToWorld);

初始LWC通道不会执行检查来确保所有着色器都能配合LWC正常运行。你可以使用全局函数 LWCHackToFloat 将LWC类型转换为非LWC类型。

LWCHackToFloat 表现为围绕 DFDemote 和 LWCToFloat 函数的包装器。当你知道使用LWC比例可以安全转换时，将使用非包装版本。LWCHackToFloat 是可搜索标识。如果你没有时间重构代码库以将 WorldPosition 从 float3 切换为 FDFVector3 ，你可以改用以下代码：

		float3 WorldPosition = mul(Input.LocalPosition, LWCHackToFloat(PrimaryView.LocalToWorld));
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float3 WorldPosition = mul(Input.LocalPosition, LWCHackToFloat(PrimaryView.LocalToWorld));

如果你要升级虚幻引擎5.0或更高版本的项目，并使用 FLWC* 类型，则函数 DFFromTileOffset 和 DFToTileOffset 会在这些类型和新的DoubleFloat类型之间转换。还有 DFFromTileOffset_Hack 和 DFToTileOffset_Hack，它们是用作标识的别名，类似于 LWCHackToFloat。在类型之间转换会带来性能和精度损失，因此应仅在必要时使用。

TranslatedWorldSpace是虚幻引擎着色器中使用的现有引擎概念。它在之前旨在通过相对于摄像机原点工作来提高精度。但是，此行为对LWC很有用，因为在TranslatedWorldSpace中运行时，可以使用浮点数。我们建议不要将WorldPosition转换为双精度值，而是重构函数以改用转译的世界空间，这会带来出色的性能，同时保留高精度。例如：

		float3 TranslatedWorldPosition = mul(Input.LocalPosition, PrimaryView.LocalToTranslatedWorld);
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float3 TranslatedWorldPosition = mul(Input.LocalPosition, PrimaryView.LocalToTranslatedWorld);

转译的世界空间

要获得最优性能和精度，你可以从绝对世界空间（左）转换为转译的世界空间（右），例如 摄像机相对世界空间（Camera Relative World Space） 。理想情况下，你应该在项目中尽快转换为转译的世界空间，以利用这些优势。

下面显示了绝对世界空间（左）、摄像机空间（中）和转译的世界空间（右）的示例。

你可以使用函数 LWCAdd(WorldPosition, PreViewTranslation) 通过图块-偏移类型转换你的世界空间。在DoubleFloat库中，最快的转换方法是使用 DFFastToTranslatedWorld()。此方法还可以将 XToWorld 或 WorldToX 矩阵转换为 XToTranslatedWorld 和 TranslatedWorldToX。要想使用LocalToWorld矩阵将本地位置转换为转译的世界空间，最快的方法是使用 DFTransformToTranslatedWorld()。

这些函数应用了特定优化以减少开销，比使用 DFFastAdd 和其他类似函数更快。

DoubleFloat的数学背景

FDFVector 类型由High和Low单精度矢量构成。High组成部分等于舍入到最接近的32位float的值，而Low值会捕获在舍入中引入的（大部分）误差。

从64位double转换为 FDFScalar 按如下所示执行：

	FDFScalar(double Input)
	{
		float High = (float)Input;
		float  Low = (float)(Input - High);
	}
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FDFScalar(double Input) { float High = (float)Input; float Low = (float)(Input - High); }

下表是数字1.1舍入到17个小数位的各种二进制表示示例：

下面是关于此主题的一些资源：

• 如需学术简介，请参阅论文Extended-Precision Floating-Point Numbers for GPU Computation by Andrew Thall (2006)。
• 如需更全面和严谨的资源，请参阅Formalization of Double-Word Arithmetic, and Comments on "Tight and Rigorous Error Bounds for Basic Building Blocks of Double-Word Arithmetic" by Jean-Michel Muller and Laurence Rideau (2022)。