大气散射和天空几何

Question

我正在尝试根据 gpu gems 文章在我的图形（游戏）引擎中实现大气散射：link。该文章中的示例实现使用了天穹。我的场景不同 - 我不渲染 整个地球的大气层也可以从太空中看到，但有一些有限的平面（矩形） 有物体的区域，例如赛道。事实上，这是许多游戏中最常见的场景。现在 我想知道在这种情况下如何渲染天空：

1.我应该使用什么样的几何图形：skydome、skybox 或全屏四边形 - 然后我必须 将几乎所有计算移至片段着色器，但我不知道它是否有意义 质量/性能？

2.如何在场景中放置天空几何？ 我的想法： 我有一个半球（天穹）几何，半径 = 1，中心在 vec3(0, 0, 0) - 在对象空间中。 这些顶点被发送到大气散射顶点着色器：

layout(location=0) in vec3 inPosition;

接下来，在顶点着色器中，我以这种方式变换顶点：

v3Pos = inPosition * 0.25f + 10.0f;

统一 v3CameraPos = vec3(0.0f, 10.0f, 0.0f)，统一 fInnerRadius = 10.0f，统一 fCameraHeight = 10.0f

那么我有正确的内/外半径比例（10/10.25），对吗？我还向顶点着色器发送了一个设置位置的 模型矩阵 半球到手机摄像头的位置 vec3(myCamera.x, myCamera.y, myCamera.z)：

vec4 position = ProjectionMatrix * ViewMatrix * ModelMatrix * vec4(inPosition, 1.0);
gl_Position = position.xyww; // always fails depth test.

半球与相机一起移动（仅包含半径 = 1 的相机周围的一些空间，但 它也总是无法通过深度测试。）

不幸的是，我得到的天空颜色不正确：screen1

3.“天空曲线”呢？这是一张展示我的意思的图片：image1 我应该如何设置天空曲线？

Edit1 - 调试：在我分配给半球“最高”顶点的 v3Pos 位置的顶点着色器中：

vec3 v3Pos = vec3(0.0f, 10.25f, 0.0f);

现在整个天空都包含该顶点的颜色： screen2

Answer 1

这是我简化的大气散射

• https://stackoverflow.com/a/19659648/2521214

在外部和内部环境中工作

1. 对于逼真的散射，您需要计算通过大气深度的曲线积分

   所以你需要知道哪个方向的大气层有多厚。您的地形是“平坦的 QUAD +/- 一些颠簸”，但您必须知道它在地球上的位置(x,y,z) 和正常(nx,ny,nz)。对于大气，您可以使用球体或像我一样的椭球体，除非您想实现整个散射（通过面积而不是曲线积分）过程，那么您真正需要的只是从相机到大气末端的光线长度。

   因此您也可以使用预先计算的大气边缘距离制作cube-map 纹理，因为您的平坦区域内的移动并不重要。

2. 你还需要太阳位置

   可以简化为每天绕地球轴正常旋转 1 圈，或者您也可以实现季节轨迹偏移

3. 现在就在用天空渲染填充屏幕之前

   您可以在着色器中完成所有操作。一个 Quad 就足够了。

   在片段中：从立方体贴图或从像素方向与大气球体/椭球相交获取大气厚度，然后进行积分（完整或简化）。将颜色输出到屏幕像素

Answer 2

只要（a）它覆盖屏幕并且（b）您为片段着色器提供一个合理的 v3Direction 值，您使用什么几何图形实际上并不重要。在所有情况下都是典型的地球游戏，比如赛道，天空会在所有其他物体的后面，所以准确的 Z 并不是什么大问题。