大气雾效-顶点雾

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前言

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前言

原理

游戏魔法编程：unity实现完整大气散射 - 知乎

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雾效分类

按表现

• 高度雾
• 深度雾

按实现方式

• 顶点雾
• 后期雾

在前向渲染中，大多使用顶点雾，即在每个场景物体进行着色的最后一步进行雾效计算，直接将混合结果输出到物体上。

而后期雾主要指通过读取buffer中的信息例如深度信息而计算雾的方式，通常用于延迟渲染等渲染管线

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雾密度与相对高度呈指数相关

• 相机与顶点的高度差越小，雾密度越低
• 雾的由浓至淡的变化高度本身相对摄像机存在高度差

（如雾从海拔高度为0向海拔高度为400m逐渐稀薄，但是摄像机在海拔200m的位置，则高度差为-200m）

为使雾浓度更加可控，提供全局密度参数_GlobalDensity 与高度差参数_FogHeight

FogDensity = _GlobalDensity * exp2（_WorldSpaceCameraPos.y - posWorld.y - _FogHeight）

雾密度 = 全局密度 * 2^(相机高度-目标位置高度-雾变化高度范围相对摄像机的高度差)

为便于控制，给予参数_FogFallOff参数，对雾的指数变化进行控制

falloff = _FogFalloff * (posWorld.y-_WorldSpaceCameraPos.y-_FogHeight)

雾散强度 = 全局雾散系数 * (相机高度-目标位置高度-雾变化高度范围相对摄像机的高度差)

FogFactor = (1 - exp2(-falloff))/falloff

指数雾强度 = (1 - 2^(-雾散强度)) / 雾散强度

雾密度与相对距离相关，相机与顶点的距离越远，雾越浓，距离摄像机过近的位置应该很难看到雾，因此拟合雾与相对距离正相关，并且有一个起始变化距离

viewDir = posWorld - _WorldSpaceCameraPos;

视线向量 = 目标位置世界坐标 - 摄像机世界坐标；

rayLength = length(viewDir);

视线距离 = 视线向量长度

distanceFactor = max((rayLength - _FogStartDis) / _FogGradientDis, 0);

距离强度 = （视线距离 - 起始距离）/ 距离变化系数

雾整体浓度

fog = fogFactor * fogDensity * distanceFactor

雾浓度 = 雾强度 * 雾密度 * 雾距离强度

受光照射的顶点，其雾的颜色会受到光源颜色的影响，由于雾效是边缘模糊的低精度效果，此处光强可以使用基本光照模型进行近似。

我们在这里参考Lambert光照模型，即光强度等于顶点法线与入射光夹角，此处由于雾效生效距离较远，我们用视线方向的逆方向替代顶点法线进行计算，同时给予指数衰减参数_FogInscatteringExp进行控制

inscatteringFactor = pow(saturate(dot(-normalize(viewDir), WorldSpaceLightDir(posWorld))), _FogInscatteringExp);

散射强度 = （归一化视线向量的反方向 与 入射光方向 的夹角）^指数衰减系数

散射衰减

散射同样受距离影响

inscatteringFactor *= 1-saturate(exp2(falloff))*distanceFactor;

散射强度 *= (1 - 2^(-雾散强度)) *雾距离强度

最终颜色混合

fogColor = lerp(_FogColor, _LightColor0, saturate(inscatteringFactor));

最终雾效颜色 = 雾颜色与光源颜色的散射强度插值

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