c++ - 大气光散射实现

Question

我正在尝试在 openGL 中实现大气散射。我正在使用这篇“论文”作为教程: http://developer.amd.com/wordpress/media/2012/10/GDC_02_HoffmanPreetham.pdf

但是我在理解某些要点和计算出一些常数时遇到了一些困难。

基本上我必须实现这些公式:

首先我不知道 s 是从眼睛到圆顶的距离还是从眼睛到光源(这里是太阳)位置的距离。角度 theta 也一样，我不知道它是从地面到太阳的角度还是到眼睛正在看的圆顶位置的角度。

第二张幻灯片: 它告诉我天空会出现蓝色。我知道这是瑞利散射的原因，但有些事情我无法理解。上面公式中的所有计算都给了我一个标量:所以当我将它乘以标量时，基本上是 vec3(1,1,1) 的太阳白光如何变成蓝色，它只会变成灰度因为我将得到例如 vec3(0.8,0.8,0.8) 的结果。我的意思是，如果出现一些不同的天空颜色，我必须将太阳光与 vec3 相乘以不同地更改 RGB 值。

现在我在实现我的着色器时遇到了一些困难。这是天空着色器的代码:

#version 330

in vec3 vpoint;

in vec2 vtexcoord;


out vec2 uv;


out vec3 atmos;


uniform mat4 M;

uniform mat4 V;

uniform mat4 P;


mat4 MVP = P*V*M;



//uniform vec3 lpos;

vec3 lpos = vec3(100,0,0);

uniform vec3 cpos;



vec3 br = vec3(5.5e-6, 13.0e-6, 22.4e-6);

vec3 bm = vec3(21e-6);





float g = -0.75f;


vec3 Esun = vec3(2000,2000,2000);




vec3 Br(float theta){
return 3/(16*3.14) * br * (1+cos(theta)*cos(theta));

}


vec3 Bm(float theta){
return 1/(4*3.14) * bm * ((1 - g)*(1 - g))/(pow(1+g*g-
2*g*cos(theta),3/2));

}


vec3 atmospheric(float theta, float s){
return (Br(theta)*Bm(theta))/(br+bm) * Esun * (1- exp( -(br+bm)*s ));

}


void main() {

gl_Position = MVP * vec4(vpoint, 1.0);
uv = vtexcoord;

vec3 domePos = vec3(M*vec4(vpoint,1.0));

vec3 ldir = lpos - domePos;

float s = length(domePos-cpos);
float theta = acos(dot(normalize(ldir-domePos),normalize(domePos-
cpos)*vec3(1,1,0)));

atmos = atmospheric(theta,s)*1000000*5;

}

我没有得到我所期望的，这是我得到的:

我只有蓝色，没有偏红的日落，但太阳很低，根据我看到的不同教程，当太阳落山时，我应该会看到一些偏红的颜色。

Answer 1

警告 我不是该领域的专家，对此持保留意见。

这几乎说明了一切。

s 是顶点/像素与相机之间的距离。
θ 是太阳与视线之间的夹角。

为了计算 θ，您需要知道“黄线”和“视线”。
后者是普通的着色器数学；前者只是一种表达太阳在天空中有多高的方式。您可以将其建模为从太阳到地面上一点的光线。

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上面所有的公式都给你 vector 。
L₀ 是一个 vector 。
E_sun 也是一个 vector 。

幻灯片基本上说像 Radiance 和 Irradiance (E_sun) 这样的物理概念在光谱上是连续的，应该使用光谱功率分布来描述光和颜色。
然而，一种更快的方法是仅对光谱的三个点进行数学计算，一个用于 R、G 和 B 波长。
实际上，这表明 E_sun 是一个 vector ，描述了三个 RGB 波长的太阳辐照度。

天空的蓝色来自参数 β_R，它取决于 θ，而 θ 又取决于“视线”，而“视线”又取决于碎片的高度天空被着色。