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Cesium大气散射效果

news 2025/7/29 11:10:44

由于做全球体积云效果的需要，再来研究下大气散射效果

和体积云类似，关于大气散射颜色计算的过程也仅发生在这两个球体之间。如图所示。

计算从相机出发的视线与球壳的交点，如果不相交，则该视线方向上不会发生大气散射，直接返回透明色。

// 检查与大气外层球体的相交vec2 atmo_intersect = raySphereIntersect(start, dir, dynamic_atmo_radius);vec2 planet_intersect = raySphereIntersect(start, dir, planet_radius);// 如果不相交大气层，直接返回
if (atmo_intersect.x < 0.0) return scene_color;

这段代码是大气散射物理模型的核心部分，用于模拟光线在大气中的散射行为。

学术解释：真实物理现象的数学建模，不是简单的视觉效果，而是基于光学理论的准确模拟。

简单来说：

瑞利散射：让天空变蓝
米氏散射：让太阳周围发光
mu：决定你看向太阳的角度对散射强度的影响

// 散射计算float mu = dot(dir, light_dir);// 瑞利散射相函数float phase_ray = 0.75 * (1.0 + mu * mu);// 米氏散射相函数 (简化)float phase_mie = 1.5 * ((1.0 - 0.9 * 0.9) / (2.0 + 0.9 * 0.9)) * (1.0 + mu * mu) / pow(1.0 + 0.9 * 0.9 - 2.0 * 0.9 * mu, 1.5);

最重要的一步就是光线步进

   for (int i = 0; i < MARCH_STEPS; i++) {// 当前采样点位置float t = ray_start + (float(i) + 0.5) * step_size;vec3 sample_pos = start + dir * t;// 计算当前高度和大气密度float height = length(sample_pos) - planet_radius;float density_ray = exp(-height / 8000.0);  // 瑞利散射标度高度：8kmfloat density_mie = exp(-height / 1200.0);  // 米氏散射标度高度：1.2km// 计算光学深度（光线衰减）float optical_depth_step = (density_ray + density_mie) * step_size;total_optical_depth += optical_depth_step;// 计算透射率（光线在大气中的衰减）float transmittance = exp(-total_optical_depth * 0.00001); // 衰减系数// 🌟 太阳光到当前点的衰减（次级光线步进 - 简化版）float sun_optical_depth = 0.0;vec2 sun_intersect = raySphereIntersect(sample_pos, light_dir, dynamic_atmo_radius);if (sun_intersect.y > 0.0) {float sun_ray_length = sun_intersect.y;// 简化的太阳光衰减计算float avg_height = height + sun_ray_length * 0.5 * light_dir.y;sun_optical_depth = exp(-avg_height / 8000.0) * sun_ray_length;}float sun_transmittance = exp(-sun_optical_depth * 0.00001);// 计算当前步的散射贡献vec3 step_ray_scattering = beta_ray * density_ray * phase_ray * transmittance * sun_transmittance * step_size;vec3 step_mie_scattering = beta_mie * density_mie * phase_mie * transmittance * sun_transmittance * step_size;// 累积散射total_ray_scattering += step_ray_scattering;total_mie_scattering += step_mie_scattering;}

最终效果如图所示左侧为没有处理的，ceisum自带的大气效果，右侧为添加散射的效果

其实只看图片的话，可能大部分人会觉得太阳都看不清楚有什么必要加，但这个散射在体积云中效果就很明显了，场景也明细更加贴近显示大气效果。