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引擎世界渲染：BSP 表面、光照贴图与可见性

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本页解释 engine 中“画世界”的部分：关卡加载时如何为 BSP 表面分配光照贴图并建立静态顶点缓冲，每个视图如何用 PVS、区域门户（area portal）和视锥把 BSP 树裁成一份世界列表，以及位移面、静态道具、贴花/覆盖层、投影阴影和天空盒如何挂进这份列表。客户端（客户端视图渲染管线）只决定“何时、以什么标志画世界”，真正的 BSP 遍历与表面提交都在这里。

相关页面：渲染管线总览 · 客户端视图渲染管线 · 材质系统与 Shader API · 模型、动画与粒子 · 地图加载与碰撞追踪 · 内容工具链

相关源码文件#

  • 客户端接口与渲染器：engine/view.cpp、engine/gl_rmain.cpp、engine/gl_rmisc.cpp
  • BSP 表面与世界列表：engine/gl_rsurf.cpp、engine/gl_model_private.h
  • 光照贴图：engine/gl_lightmap.cpp、engine/gl_matsysiface.cpp、engine/matsys_interface.cpp
  • 可见性：engine/mod_vis.cpp、engine/r_areaportal.cpp、game/server/playerlocaldata.cpp
  • 位移面：engine/disp_interface.cpp、engine/disp_mapload.cpp、engine/disp.cpp
  • 静态道具：engine/staticpropmgr.cpp
  • 贴花、覆盖层、阴影、天空：engine/r_decal.cpp、engine/Overlay.cpp、engine/shadowmgr.cpp、engine/gl_warp.cpp
  • 编译条件：engine/engine_inc.vpc

1. 客户端如何调用引擎画世界：IVRenderView#

引擎以 CVRenderView 实现 IVRenderView 并通过 EXPOSE_SINGLE_INTERFACE_GLOBALVAR 暴露（engine/view.cpp:272、engine/view.cpp:700）；client.dll 在初始化时取得 render、shadowmgr、staticpropmgr 等全局接口（game/client/cdll_client_int.cpp:1470、game/client/cdll_client_int.cpp:1486-1488）。CVRenderView 多数方法只是转发给 g_EngineRenderer（CRender 单例，engine/gl_rmain.cpp:238、engine/gl_rmain.cpp:358）或 R_* 函数：

客户端调用引擎实现作用证据
render->SceneBegin/SceneEndCRender::DrawSceneBegin/End检查光照配置变化；场景结束同步（PS3）与叶子可视化调试engine/view.cpp:391-399、engine/gl_rmain.cpp:1180-1189
render->ViewSetupVisExMap_VisSetup用一个或多个视点标记 PVSengine/view.cpp:509-512、engine/gl_rmain.cpp:487-490
render->CreateWorldList/BuildWorldListsAllocWorldRenderList / R_BuildWorldLists分配并填充一个视图的世界列表engine/view.cpp:406-431、engine/gl_rmain.cpp:1191-1225
render->BuildWorldLists_EpilogueR_BuildWorldLists_Epilogue加贴花表面、更新动态光照贴图engine/view.cpp:422-425、engine/gl_rmain.cpp:1235-1253
render->DrawWorldListsR_DrawWorldLists按 DRAWWORLDLISTS_* 标志绘制列表engine/view.cpp:433-436、engine/gl_rmain.cpp:1256-1260
render->GetVisibleFogVolumeR_GetVisibleFogVolume查询视点所在/可见的水雾体积engine/view.cpp:401-404、engine/gl_rsurf.cpp:5047
render->SetAreaState写 CClientState::m_chAreaBits/m_chAreaPortalBits接收服务端下发的区域可见性engine/view.cpp:582-590
render->DrawBrushModelExR_DrawBrushModel画刷实体（门、func_*）engine/view.cpp:296-300、engine/gl_rsurf.cpp:5638-5660
render->DrawTranslucentSurfacesShader_DrawTranslucentSurfaces按叶子画半透明世界表面engine/view.cpp:484-487、engine/gl_rsurf.cpp:3576

除 gl_rsurf.cpp、位移面、贴花、matsys_interface.cpp、modelloader.cpp 外，gl_rmain.cpp、gl_lightmap.cpp、gl_matsysiface.cpp、r_areaportal.cpp、Overlay.cpp、shadowmgr.cpp 等都带 [!$DEDICATED]，专用服务器不编译：engine/engine_inc.vpc:165-192。

2. 关卡初始化：几何、光照贴图、静态道具#

客户端在注册完资源后调用 R_LevelInit（engine/client.cpp:2102），其顺序为：重置 lightstyle、初始化贴花、加载 2D 天空盒、初始化 studio；仅客户端（!sv.IsActive()）时重建空间分区并初始化静态道具与阴影管理器；无世界光源的地图强制 mat_fullbright 1；然后 CacheUsedMaterials → R_LoadWorldGeometry → 表面/区域门户初始化 → 生成覆盖层碎片：engine/gl_rmisc.cpp:260-322。监听服务器的静态道具由服务端世界初始化调用 LevelInit：engine/world.cpp:76。

R_LoadWorldGeometry：engine/gl_rmisc.cpp:185-252

  1. 光照贴图分配：MaterialSystem_RegisterLightmapSurfaces 在 BeginLightmapAllocation/EndLightmapAllocation 之间，把所有表面按“有光照贴图优先 → 材质枚举 ID → 无 lightstyle 优先 → 光照贴图面积从大到小”排序后逐个分配：engine/gl_matsysiface.cpp:306-348、engine/gl_matsysiface.cpp:265-304。有光照贴图的表面调用 materials->AllocateLightmap 得到材质排序 ID 与页内偏移（凹凸光照的宽度为 (NUM_BUMP_VECTS+1) 倍）；无光照贴图的表面用 AllocateWhiteLightmap：engine/gl_matsysiface.cpp:236-263。
  2. 排序信息与静态网格：MaterialSystem_CreateSortinfo 取回材质系统的排序表、重排并重映射每个表面的排序 ID，然后 WorldStaticMeshCreate：engine/gl_matsysiface.cpp:501-550。后者为每个排序 ID 建立静态顶点缓冲，位移面表面被跳过（标记 0xFFFF），并告诉阴影管理器材质桶数量：engine/matsys_interface.cpp:1749-1823。
  3. 位移面：首次渲染该地图时 Map_LoadDisplacements → DispInfo_LoadDisplacements：engine/gl_rmisc.cpp:210-226、engine/modelloader.cpp:6048-6062；位移面数量超过 MAX_MAP_DISPINFO 时报错，逐个创建静态缓冲：engine/disp_mapload.cpp:567、engine/disp_mapload.cpp:626、engine/disp_mapload.cpp:723。
  4. 标记水面、GL_RebuildLightmaps：engine/gl_rmisc.cpp:234-237。

覆盖层（info_overlay）在地图加载时从 LUMP_OVERLAYS、LUMP_WATEROVERLAYS 及淡出/系统级别并行 lump 读入，任一 lump 大小不是结构体整数倍即返回失败：engine/modelloader.cpp:5250-5252、engine/Overlay.cpp:1800-1830。

3. 可见性：PVS → 区域门户 → 视锥#

证据：服务端 game/server/playerlocaldata.cpp:254-316、game/server/playerlocaldata.cpp:25；客户端仅主本地玩家（分屏槽 0）调用 SetAreaState：game/client/c_baseplayer.cpp:1379-1387；SetupVis：game/client/viewrender.cpp:2583-2597；R_BuildWorldLists 在非顶视图时调用 R_SetupAreaBits 后创建作业：engine/gl_rsurf.cpp:4805-4831；作业遍历：engine/gl_rsurf.cpp:4093-4110。

3.1 PVS（mod_vis.cpp）#

  • Map_VisSetup 为每个视点求叶子与簇；视点叶子带天空标志时记录天空可见，带 LEAF_FLAGS_RADIAL 时返回“使用径向可见性”标志：engine/mod_vis.cpp:378-410。
  • Map_VisMark：簇集合未变化则直接返回；否则递增 r_visframecount。视点在世界外（且未启用门户 PVS 优化或开了 noclip）、r_novis 或 forcenovis 时把所有叶子和节点标为可见；否则用 CM_Vis(..., DVIS_PVS) 取第一个簇的 PVS 并按位或合并其他簇，再查 viscache 命中则复用，未命中则构建新缓存项：engine/mod_vis.cpp:256-368。

3.2 区域门户（r_areaportal.cpp）#

  • 服务端按玩家视点（含分屏/画中画玩家）计算区域可见位并通过 m_chAreaBits、m_chAreaPortalBits 下发：game/server/playerlocaldata.cpp:254-316。
  • R_SetupAreaBits 从视点叶子所在区域出发，初始裁剪矩形为整个屏幕。视点在固体中、正在观看 HLTV、区域位尚未有效或 r_portalsopenall 时，设置 g_bViewerInSolidSpace 并“全部绘制”：engine/r_areaportal.cpp:481-543。
  • R_FlowThroughArea 递归穿过门户：跳过栈上区域、关闭的门户（m_chAreaPortalBits）、背向视点的门户以及客户端不要求可见的区域（m_chAreaBits）；把门户投到屏幕得到矩形，与当前裁剪矩形求交后继续流入相邻区域，并合并该区域的屏幕矩形：engine/r_areaportal.cpp:230-330。
  • 非固体空间时为每个可见区域建立区域视锥：engine/r_areaportal.cpp:583-586。

3.3 BSP 遍历（CBuildWorldListsJob）#

  • R_RecursiveWorldNode：固体节点或 visframe < m_visFrameCount（未在 PVS 中）直接返回；用区域视锥或主视锥剔除节点（R_CullNode 先检查区域位）；到达叶子调用 R_DrawLeaf；否则先递归近侧子树，再处理挂在节点上的、已被可见叶子标记过的表面（天空 → 标记天空可见，半透明 → 半透明列表，其余 → 不透明排序列表），最后迭代远侧：engine/gl_rsurf.cpp:4147-4257、engine/gl_rsurf.cpp:4403-4415。
  • 注释说明 visframe 用 < 而非 != 比较，是为了规避多视图下 PVS 缓存覆盖造成的竞态闪烁，代价是偶有误判为可见：engine/gl_rsurf.cpp:4162-4165。
  • R_DrawLeaf：记录可见叶子；加入位移面；对“节点表面”只做标记，留给 R_RecursiveWorldNode 在节点处输出；对叶子独有表面（func_detail）做背面剔除，再按标志分流到 dlight/lightstyle 列表、半透明列表或按 sort group + 材质排序 ID 加入排序列表，有贴花的表面排入贴花队列：engine/gl_rsurf.cpp:4434-4544。
  • 作业结束后统计半透明表面，并按视点是否在水雾中写入 m_ViewFogVolume，返回叶子列表（客户端按它从后往前画半透明物）：engine/gl_rsurf.cpp:4112-4140。阴影深度视图改用不剔除的 R_BuildWorldListNoCull：engine/gl_rsurf.cpp:4097-4100。

关键表面标志（SURFDRAW_*）：NOLIGHT 无光照贴图、NODE 挂在节点上、SKY 通往天空、TRANS 需从后往前排序、PLANEBACK 背向节点平面、NOCULL 不做背面剔除、HASLIGHTSYTLES/HASDLIGHT 需要光照贴图更新、HAS_DISP 有位移面、WATERSURFACE 水面，另有 2 位 sort group：engine/gl_model_private.h:438-469。

4. 绘制世界列表：R_DrawWorldLists#

R_DrawWorldLists 在文本模式或丢失显存时直接返回；DRAW_WORLD_GEOMETRY 走 Shader_WorldEnd，简化世界模型走 DrawSimpleWorldModel；DRAW_DECALS_AND_OVERLAYS 走 Shader_DrawWorldDecalsAndOverlays：engine/gl_rsurf.cpp:5115-5146。客户端把同一份列表分两次调用这两个分支（先几何、后贴花），见 客户端视图渲染管线 第 4 节。

Shader_WorldEnd（几何）：engine/gl_rsurf.cpp:3330-3459

  1. 阴影深度 / SSAO 列表走深度填充专用路径（X360、r_csm_fast_path、普通三选一）后返回：engine/gl_rsurf.cpp:3334-3350。
  2. r_skybox_draw_last 为 0 时先画 2D 天空盒（仅当本列表看到天空或强制全天空）：engine/gl_rsurf.cpp:3352-3373。
  3. PC 上 r_fastzreject 时先做 Z 填充：engine/gl_rsurf.cpp:3375-3384。
  4. 从高到低遍历 sort group（注释：先画雾体积，因为只有在雾中才画它，且更近、利于早期 Z 剔除）；水面组可加 Z 偏移并启用单遍投影光；每组先画位移面链、再画普通表面链：engine/gl_rsurf.cpp:3386-3435。
  5. r_skybox_draw_last 为 1 时最后画天空盒：engine/gl_rsurf.cpp:3437-3458。

Shader_DrawWorldDecalsAndOverlays（每个 sort group）：位移面贴花与覆盖层 → 投影纹理贴花 → 把表面上的阴影加入渲染列表 → 投影光 → 覆盖层 → 投影光覆盖层 → 世界贴花 → 投影光贴花 → 回收贴花 → RTT 阴影：engine/gl_rsurf.cpp:3465-3543。

由此可知（推断）：世界不透明几何与贴花/覆盖层/投影阴影是两次 DrawWorldLists 调用，中间夹着客户端的不透明实体绘制。

5. 光照贴图的运行时更新#

  • 每帧开始：CRender::FrameBegin 递增 r_framecount，关卡内执行 R_AnimateLight（lightstyle 动画）与 R_PushDlights，重置光照贴图变换列表（第 0 项为世界、单位矩阵）：engine/gl_rmain.cpp:377-406。
  • 收集：R_CheckForLightmapUpdates 对本帧未计算过的表面检查：lightstyle 帧号是否比上次计算新、是否本帧或之前受 dlight 影响；r_dynamic 0 或 r_keepstyledlightmapsonly 时只考虑 lightstyle；白色光照贴图页直接跳过；需要更新的表面加入 g_LightmapUpdateList：engine/gl_lightmap.cpp:2132-2205。世界表面在构建列表 epilogue 中由 Shader_BuildDynamicLightmaps 检查（遍历 m_DlightSurfaces）：engine/gl_rsurf.cpp:4907-4925、engine/gl_rsurf.cpp:2033-2049；画刷实体由 CRender::UpdateBrushModelLightmap 检查：engine/gl_rmain.cpp:778-816。
  • 提交：Begin/EndUpdateLightmaps 是可嵌套的计数；最外层结束时，若有待更新表面且 r_dynamiclighting 打开、r_unloadlightmaps 关闭，就 R_BuildLightmapUpdateList，再 materials->EndUpdateLightmaps()：engine/gl_rmain.cpp:769-776、engine/gl_rmain.cpp:818-835。R_BuildLightmapUpdateList 按光照贴图页排序；材质系统有调用队列（队列渲染模式）时把 R_BuildLightMapGuts 排入队列，并为渲染线程复制一份 dlight 状态（双缓冲）：engine/gl_lightmap.cpp:2097-2130。
  • 合成：R_BuildLightMapGuts 累加 lightstyle 样本、叠加动态光，最后 UpdateLightmapTextures 调用 materials->UpdateLightmap 写回页内子矩形（凹凸光照写 4 份）：engine/gl_lightmap.cpp:1618-1715、engine/gl_lightmap.cpp:1549-1580。若关卡已卸载光照贴图数据，该函数只断言（m_bUnloadedAllLightmaps）：engine/gl_lightmap.cpp:1623-1624。

6. 位移面#

  • 构建：DrawDisplacementsInLeaf 以父表面为单位去重，按位移面包围盒做视锥剔除，再按父表面是否半透明加入对应列表：engine/gl_rsurf.cpp:4639-4670。
  • 几何：Shader_DrawDispChain 收集本 sort group 的位移面表面，调用 DispInfo_RenderListWorld 构建图元列表并绘制（r_DrawDisp 关闭或未要求几何时跳过）：engine/gl_rsurf.cpp:1964-1995、engine/disp_interface.cpp:1388-1405。
  • 贴花/覆盖层/阴影：DispInfo_RenderListDecalsAndOverlays 依次加覆盖层碎片、阴影、投影光、覆盖层、贴花批处理、投影光贴花和 RTT 阴影：engine/disp_interface.cpp:1410-1460。
  • 客户端 CSM 视图在“极低”质量时用 DRAWWORLDLISTS_DRAW_SKIP_DISPLACEMENTS 跳过位移面：game/client/viewrender.cpp:5193-5196。

7. 静态道具（CStaticPropMgr）#

  • CStaticProp 同时实现 IClientRenderable、ICollideable、IClientModelRenderable；CStaticPropMgr 同时暴露引擎、客户端、服务端三种接口：engine/staticpropmgr.cpp:129、engine/staticpropmgr.cpp:360、engine/staticpropmgr.cpp:459-460。
  • 加载：LevelInit 在未禁用时从 BSP 的 GAMELUMP_STATIC_PROPS 游戏 lump 依次反序列化模型字典、叶子列表、道具：engine/staticpropmgr.cpp:1688-1704、engine/staticpropmgr.cpp:1659-1682。
  • 客户端初始化：CL_FullyConnected 调用 LevelInitClient（注释要求在队列加载结束前）：engine/cl_main.cpp:1627-1637。它跳过专用服务器，对不在任何叶子中的道具打印开发者消息，先预计算光照、再按 CPU/GPU 等级更新可见性：engine/staticpropmgr.cpp:1728-1774。
  • 可见性注册：UpdatePropVisibility 按道具的最小/最大 CPU、GPU 等级（PC 才生效）决定是否绘制；可绘制的道具在客户端叶子系统中创建可渲染句柄并加入所在叶子，同时设置“快速反射”“禁用阴影深度”“禁用 CSM”属性：engine/staticpropmgr.cpp:1443-1496。因此静态道具和动态实体一样，经由客户端叶子系统进入每个视图的可渲染列表（见 客户端视图渲染管线 第 4.3 节）。
  • 绘制：DrawStaticProps 在调试模式走慢速路径，否则 pipeline_static_props（默认 1）时走 DrawStaticProps_FastPipeline → modelrender->DrawStaticPropArrayFast，否则逐个 DrawModelExStaticProp：engine/staticpropmgr.cpp:2221-2244、engine/staticpropmgr.cpp:2189-2219、engine/staticpropmgr.cpp:2146-2186。CS:GO 下静态道具 LOD 固定为 0（见 模型、动画与粒子 第 4 节）。

8. 贴花与覆盖层#

  • R_DecalShoot_ 只接受画刷模型（世界或画刷实体）与有效材质：engine/r_decal.cpp:1276-1300；外部入口 R_DecalShoot：engine/r_decal.cpp:1366。静态道具上的贴花另走 CStaticPropMgr::AddDecalToStaticProp：engine/staticpropmgr.cpp:2286。
  • R_DecalAlloc：永久贴花或动态贴花数低于 min(r_decals, g_nMaxDecals) 时找空槽；否则从上次替换处之后找一个动态贴花替换，找不到则（仅告警一次）替换 0 号槽：engine/r_decal.cpp:905-936。
  • 绘制发生在第 4 节的贴花/覆盖层遍：DecalSurfaceDraw 与 OverlayMgr()->RenderOverlays：engine/gl_rsurf.cpp:3519-3531、engine/r_decal.cpp:2547、engine/Overlay.cpp:1009。r_cleardecals 命令可清除世界和模型贴花：engine/gl_rmisc.cpp:162-179。

9. 阴影管理器（shadowmgr）#

引擎 CShadowMgr（IShadowMgr）负责把客户端创建的“阴影/投影光”投射到世界表面上：engine/shadowmgr.cpp:121、engine/shadowmgr.cpp:555-556。

  • 客户端阴影管理器调用 shadowmgr->ProjectShadow（RTT/斑点阴影）与 ProjectFlashlight（投影光）：game/client/clientshadowmgr.cpp:3171、game/client/clientshadowmgr.cpp:4056。
  • ProjectShadow 先移除旧的表面/模型关联；阴影被禁用或 r_shadows 0 时到此为止；否则计算包围球与扫掠射线，借用 r_surfacevisframe 保证每个表面只枚举一次：engine/shadowmgr.cpp:1677-1740。ApplyShadowToLeaf 对叶子中的表面做去重、动态阴影开关检查和背面剔除，表示“阴影可能落在此表面”，真正裁剪在渲染时完成（注释）：engine/shadowmgr.cpp:1950-1990。
  • 渲染：贴花遍中 AddShadowsOnSurfaceToRenderList → RenderShadows，投影光由 RenderFlashlights 等绘制：engine/gl_rsurf.cpp:3498-3535、engine/shadowmgr.cpp:2138、engine/shadowmgr.cpp:2185、engine/shadowmgr.cpp:3887。
  • CS:GO 客户端强制关闭 RTT 阴影（game/client/clientshadowmgr.cpp:4336-4343），因此该路径在 CS:GO 中主要服务投影光（推断）。CSM 不经过 shadowmgr 的表面投射，而是由 SetCascadedShadowMapping / SetCascadedShadowMappingState 作为渲染上下文状态交给材质系统（game/client/c_env_cascade_light.cpp:1651-1654）；着色器如何采样未在本 Wiki 追踪。

10. 天空盒#

  • 2D 天空盒：R_LoadSkys 读取 sv_skyname，未变化则不重载，加载 skybox/<name><后缀> 六面材质：engine/gl_warp.cpp:153-172、engine/gl_warp.cpp:104-116；绘制入口 R_DrawSkyBox：engine/gl_warp.cpp:257，由 Shader_WorldEnd 调用（第 4 节）。
  • 3D 天空盒在客户端实现：参数来自本地玩家的 m_Local.m_skybox3d（地图中的 sky_camera 实体在服务端实现，game/server/SkyCamera.cpp:59）：game/client/viewrender.cpp:6758-6778。CSkyboxView::DrawInternal 临时把区域位改成只含天空区域，把视点按 1/scale 缩放并平移到天空原点，然后以天空原点重新 ViewSetupVis：game/client/viewrender.cpp:6788-6830。

约束与边界#

  • 不变量：一个视图的世界列表只在 BuildWorldLists 作业完成后可读，客户端以 SYNC_BUILDWORLD_JOB 等待（game/client/viewrender.cpp:387-400）；光照贴图更新只在最外层 EndUpdateLightmaps 提交（engine/gl_rmain.cpp:818-835）。
  • 失败/降级路径：丢失显存时 R_BuildWorldLists 返回空列表、R_DrawWorldLists 不绘制（engine/gl_rsurf.cpp:4725-4736、engine/gl_rsurf.cpp:5118-5119）；区域位无效或视点在固体中时不做区域门户裁剪；视点在世界外或 r_novis 时 PVS 全可见；位移面数量越界时报错。
  • 条件编译：DEDICATED 不编译大部分渲染文件；_PS3 有 SPU 世界列表路径（engine/gl_rsurf.cpp:4748-4796）；USE_CONVARS 控制调试 ConVar；X360 使用不同的 Z 预通道与阴影深度填充。
  • 未展开：顶视图（R_RenderWorldTopView，用于俯视图/雷达等）、brushbatchrender.cpp 画刷批处理、buildcubemaps.cpp 立方体贴图构建、水面 LOD 与雾体积参数细节、CDispInfo::Render 的细分/LOD、覆盖层碎片裁剪算法、静态道具光照烘焙格式（r_proplightingfromdisk）、Portal 2 涂料（SURFDRAW_PAINTED）路径、叶子可视化调试。
  • PVS 与区域门户数据由离线 vvis/vbsp 生成，见 内容工具链；本页结论均为静态阅读，未运行验证。