gta6/tests/shadows.test.js

import { describe, expect, it } from "vitest";
import { BoxGeometry, Color, Line, LineBasicMaterial, Mesh, MeshBasicMaterial, MeshStandardMaterial,
         PerspectiveCamera, Scene, ShaderMaterial, Vector3 } from "three";
import { CSM } from "three/examples/jsm/csm/CSM.js";
import { cascadeBreaks, createSunShadows, prepareLitMaterials } from "../src/world/shadows.js";

describe("cascadeBreaks", () => {
    // Bruch: Meter nicht durch far geteilt (CSM erwartet Anteile) oder letzte Grenze nicht 1 —
    // dann endete die letzte Stufe vor far und ferne Gebäude verlören ihren Schatten.
    it("rechnet Meter in Anteile von far um, letzte Grenze immer 1", () => {
        expect(cascadeBreaks([25, 100, 350, 1000], 1000)).toEqual([0.025, 0.1, 0.35, 1]);
    });

    it("kappt Grenzen jenseits von far auf 1", () => {
        expect(cascadeBreaks([25, 100, 350, 1000], 200)).toEqual([0.125, 0.5, 1, 1]);
    });
});

describe("prepareLitMaterials", () => {
    const newCsm = () => new CSM({ camera: new PerspectiveCamera(55, 16 / 9, 0.5, 2500), parent: new Scene() });

    // Bruch: ein beleuchtetes Material bleibt ohne USE_CSM — es summiert dann alle vier
    // Stufenlichter und leuchtet viermal zu hell; oder unbeleuchtete Materialien (Himmel, Linien)
    // werden unnötig umgebaut.
    it("richtet beleuchtete Materialien ein, auch in Material-Arrays, unbeleuchtete nicht", () => {
        const csm = newCsm();
        const root = new Scene();
        const lit = new MeshStandardMaterial();
        const litInArray = new MeshStandardMaterial();
        const basic = new MeshBasicMaterial();
        const shader = new ShaderMaterial();
        const line = new LineBasicMaterial();
        root.add(new Mesh(new BoxGeometry(), lit), new Mesh(new BoxGeometry(), [litInArray, basic]),
            new Mesh(new BoxGeometry(), shader), new Line(new BoxGeometry(), line));

        const count = prepareLitMaterials(root, csm);

        expect(count).toBe(2);
        expect(lit.defines.USE_CSM).toBe(1);
        expect(litInArray.defines.USE_CSM).toBe(1);
        expect(basic.defines?.USE_CSM).toBeUndefined();
        expect(shader.defines?.USE_CSM).toBeUndefined();
        expect(line.defines?.USE_CSM).toBeUndefined();
    });

    // Bruch: jedes Frame neu einrichten — needsUpdate zwänge three.js dann in jedem Frame zum
    // Neuübersetzen aller Shader.
    it("richtet ein Material nur einmal ein", () => {
        const csm = newCsm();
        const root = new Scene();
        root.add(new Mesh(new BoxGeometry(), new MeshStandardMaterial()));
        prepareLitMaterials(root, csm);

        expect(prepareLitMaterials(root, csm)).toBe(0);
    });
});

describe("createSunShadows", () => {
    const setup = () => {
        const scene = new Scene();
        const camera = new PerspectiveCamera(55, 16 / 9, 0.5, 2500);
        const sun = { direction: new Vector3(0, 0.8, 0.6), color: new Color(1, 0.9, 0.8), intensity: 2.5 };
        return { scene, camera, sun, shadows: createSunShadows({ scene, camera, sun }) };
    };

    // Bruch: Vorzeichen vertauscht — CSM erwartet die Laufrichtung des Lichts, sky.js liefert die
    // Richtung zur Sonne; falsch herum käme das Licht von unten.
    it("stellt jedes Stufenlicht nach update() in Richtung der Sonne", () => {
        const { shadows } = setup();

        shadows.update();

        expect(shadows.csm.lights).toHaveLength(4);
        for (const light of shadows.csm.lights) {
            const toLight = light.position.clone().sub(light.target.position).normalize();
            expect(toLight.x).toBeCloseTo(0, 5);
            expect(toLight.y).toBeCloseTo(0.8, 5);
            expect(toLight.z).toBeCloseTo(0.6, 5);
        }
    });

    // Bruch: der Regler "Sonne" träfe nur ein Stufenlicht — dann wechselte die Helligkeit mit der
    // Entfernung sprunghaft an den Stufengrenzen.
    it("gibt allen Stufenlichtern Farbe und Stärke der Sonne, auch nach dem Umstellen", () => {
        const { shadows } = setup();

        for (const light of shadows.csm.lights) {
            expect(light.color.getHex()).toBe(new Color(1, 0.9, 0.8).getHex());
            expect(light.intensity).toBe(2.5);
        }
        shadows.intensity = 4;
        expect(shadows.csm.lights.map((light) => light.intensity)).toEqual([4, 4, 4, 4]);
        expect(shadows.intensity).toBe(4);
    });

    // Bruch: eingebaute Aufteilung statt eigener Grenzen — die erste Stufe reichte bis ~127 m und
    // wäre ~270 m breit, die Figur bekäme nur 13 cm pro Texel.
    it("macht die erste Stufe so schmal, dass ein Texel etwa 2,6 cm misst", () => {
        // Kamera-far-Ecke auf maxFar = 1000 m: x = 1000 * tan 27,5° * 16/9 = 925,46, y = 520,57;
        // near-Ecke (0,5 m): x = 0,4627, y = 0,2603. Anteil 0,025 dazwischen: x = 23,588, y = 13,268.
        // Diagonale der Stufenfernebene: 2 * sqrt(23,588² + 13,268²) = 54,13 m -> / 2048 = 2,64 cm.
        const { shadows } = setup();
        const cam = shadows.csm.lights[0].shadow.camera;

        expect(cam.right - cam.left).toBeCloseTo(54.13, 1);
    });

    // Bruch: Schutznetz nur einmal beim Aufbau — nachgeladene Chunks, Autos und Figuren wären
    // viermal zu hell.
    it("richtet in update() auch nachträglich hinzugefügte Materialien ein", () => {
        const { scene, shadows } = setup();
        const material = new MeshStandardMaterial();
        scene.add(new Mesh(new BoxGeometry(), material));

        shadows.update();

        expect(material.defines.USE_CSM).toBe(1);
    });

    // Befund (Nutzer-Screenshot): feine Streifen auf Figur und Auto. Doppelseitige Materialien
    // schreiben ihre Vorderseiten in die Schattenkarte und verschatten sich ohne Versatz selbst.
    // Bruch: Normal-Bias 0 (Streifen) oder fest statt je Stufe (ferne Stufen mit 1-m-Texeln
    // behielten ihre Akne) oder nach einer Projektionsänderung nicht nachgeführt.
    it("versetzt jede Stufe um 1,5 Texel ihrer Schattenbox entlang der Normalen, auch nach Nachführung", () => {
        // Stufe 1 bei 16:9: 54,13 m / 2048 * 1,5 = 0,03965 m; bei Seitenverhältnis 2: 59,34 m / 2048 * 1,5 = 0,04346 m.
        const { camera, shadows } = setup();
        expect(shadows.csm.lights[0].shadow.normalBias).toBeCloseTo(0.03965, 4);

        camera.aspect = 2;
        camera.updateProjectionMatrix();
        shadows.update();

        expect(shadows.csm.lights[0].shadow.normalBias).toBeCloseTo(0.04346, 4);
        for (const light of shadows.csm.lights) {
            const texel = (light.shadow.camera.right - light.shadow.camera.left) / light.shadow.mapSize.x;
            expect(light.shadow.normalBias).toBeCloseTo(1.5 * texel, 6);
        }
    });

    // Bruch: Stufen bleiben nach Fenstergrößenänderung auf dem alten Seitenverhältnis — ein Teil
    // des Bildes läge dann außerhalb jeder Schattenbox.
    it("führt die Stufen nach, wenn sich das Seitenverhältnis ändert", () => {
        // Seitenverhältnis 2: x-far = 1000 * 0,52057 * 2 = 1041,14, x-near = 0,5206; Anteil 0,025
        // -> x = 26,536, y = 13,268 -> Diagonale 2 * sqrt(26,536² + 13,268²) = 59,34 m.
        const { camera, shadows } = setup();
        camera.aspect = 2;
        camera.updateProjectionMatrix();

        shadows.update();

        const cam = shadows.csm.lights[0].shadow.camera;
        expect(cam.right - cam.left).toBeCloseTo(59.34, 1);
    });
});