1.前置知识链接
1.Noise和FBM请参考这篇文章中给出的链接
2.ranymarching 框架
3.多层透明叠加渲染
1.分析&实现
1.使用常规raymarching +倒退+ 多层叠加透明渲染
1.常用FBM 分布限制来定义距离函数Map(pos)
2.定义密度函数为 Den(pos) = clamp(-(Map(pos)) ,0.,1.)
这样在raymarching hit的点p =(ro+trd)其实密度其实才刚开始，然后在 p沿射线倒退
一定的距离，然后开始进行多层透明渲染。
伪代码:
float Map(float3 p){
return abs(p.y-cloudY)* cloudH // 大方向的限制
+FBM(p*0.4) // 局部反密度分布
-0.4;//因为FBM ~ [0~1.] ,为了得到一个拥有“内部”这个概念的距离分布 所以应该减去一个值
}
float Den(float3 p){return clamp(-Map(p),0.,1.);
float Raycast(in float3 ro, in float3 rd)
{
float precis = .1;//这里检测到快要接近 即可
float h= 1.;
float d = 0.;
for( int i=0; i<_LoopNum.x; i++ )
{
if( abs(h)<precis || d>70. ) break;
d += h;
float3 pos = ro+rd*d;
h = Map(pos) * .8;
}
return d;
}
float3 RenderCloud(float3 bgCol,float3 ro,float3 rd,float rz){
float t = rz- 5.;
float4 sum = float4( 0.0 , 0.0 , 0.0 , 0.0 );
for( int i=0; i<128.; i++ )
{
if(rz.a > 0.99 || t > MAXT) break;
float3 pos = ro + t*rd;
float den = Den(pos);
//直接作色 里面的云层颜色为黑色
float4 col = float4(lerp( float3(.8,.75,.85),
float3(.0,.0,.0), den ),den);
//阴影 检测当前位置沿光照方向前面的点的密度来决定阴影程度
float sh = smoothstep(0.2+moy*0.05,.0,mapV(pos+1.*lgt))*.85+0.15;
col *= sh;
//常规 多层透明叠加渲染
col.a *= .9;
col.rgb *= col.a;
sum = sum + col*(1.0 - sum.a);
t += max(.4,(2.-den*30.)*t*0.011);//根据密度步进
}
return bgCol*(1.0-res.w) + res.xyz;
}
案例请参考：nimitz 的 Cloud Ten
2.密度函数+积分
直接定义密度函数，然后多层叠加渲染
// 直接FBM 定义密度函数
float4 MapCloud(float3 pos){
float d = 1.0-0.15*abs(10.8 - pos.y);//限制在y = 10.8 附近
d -= 1.6 * FBM( pos*0.15 );//FBM定义密度函数
d = clamp( d, 0.0, 1.0 );
float4 res = float4(d,d,d,d);
res.xyz = lerp( 0.8*float3(1.0,0.95,0.9), 0.2*float3(0.6,0.6,0.6), res.x );
res.xyz *= 0.65;
return res;
}
float3 RenderCloud(float3 bgCol,float3 ro,float3 rd,float tmax){
float4 sum = float4(0., 0., 0., 0.);
float dif = clamp( dot(rd,_LightDir), 0.0, 1.0 );
float t = 0.1;
//直接积分渲染
for(int i=0; i<64.; i++) {
if( sum.w > 0.99 || t > tmax ) break;
float3 pos = ro + t*rd;
float4 col = MapCloud( pos );
//col.xyz *= float3(0.4,0.52,0.6);
//添加光照影响
col.xyz += float3(1.0,0.7,0.4)*0.3*pow( dif, 6.0 )*(1.0-col.w);
//在相机移动的时候可以平缓过渡
col.xyz = lerp( col.xyz, bgCol, 1.0-exp(-0.0018*t*t) );
//常规 多层透明叠加渲染
col.a *= 0.5;
col.rgb *= col.a;
sum = sum + col*(1.0 - sum.a);
t += max(0.1,0.3*t);
}
sum = clamp( sum, 0.0, 1.0 );
return bgCol*(1.0-sum.w) + sum.xyz;
}
案例请参考：iq 的 Clouds