大気散乱のコンポーネントの作成に着手して、西田知之の提示するシミュレーションモデルを研究しました（ 大気散乱を考慮した地球の表示、 多重散乱 を考慮し た空の色の表示方法、 多重異方性散乱 を考慮した 雲の表示）とスカイライト ）、そしてそれらを実践しようとしました。 プロトタイプショットでのいくつかの実験の後、各ショットの芸術的効果をカスタマイズする十分な機会を提供するモデルが必要であることを最終的に確認しました。 つまり、物理的なパラメーターを現実的に再現するだけでなく、必要に応じて芸術的効果のために物理を犠牲にするソリューションを探していました。 この場合、リアルタイムでのビデオのパフォーマンスは低下しないはずなので、ほとんどの計算をピクセルレベルではなく頂点レベルで行うことにしました。
物理モデルに基づいて、レイリー散乱とミー散乱の複合効果をモデル化することに着手しました。 さらに、「高さの散乱」と呼ばれる3番目の要素を追加しました。 物理モデルとは異なり、ソリューションの一部として、空と雲の手順生成の代わりに従来のHDRテクスチャを使用しました。 このアプローチの明らかな欠点は、時刻の動的な変更の設定を非常に複雑にしていることです（ビデオには必要ありませんでした）。 しかし、一方で、私たちは空を完全に芸術的に設定する機会を得ました。
レイリー散乱
大気中の太陽光のレイリー散乱により、日中は空が青くなり、日の出と日の入りではオレンジがかった赤になります。
鍛冶屋のビデオでは、太陽のようなものはありません-太陽光の散乱の結果としての色と光の伝播/減衰のモデリングに限定しました。 太陽の視覚的な類似物を空のテクスチャに直接追加して、三重散乱の要素またはスプライトとして表示できます。 実際、レイリー散乱の密度は、レイリー位相関数に基づいて指数関数に減少します。 しかし同時に、この式からデータを追加および抽出する機会が増えています。 波長を変えずに光散乱をシミュレートしたため、この場合、密度はスカラー量でした。 HDR Color Rampを使用して、地平線と天頂での光減衰のシェードを多様化し、距離関数を使用して最終的な色を作成しました。
さまざまな構成でのレイリー散乱。
Mi散乱
Miの散乱の結果として、太陽の周りの明るいハロー、雲の灰色のh、および工業地帯のスモッグが見られます。 光をほぼ均一に分布させるレイリー散乱とは異なり、ミー散乱は光学異方性によって特徴付けられます。
Mi散乱を使用して、主に太陽の周りにハローとヘイズを作成しました。 レイリー散乱シミュレーションが太陽を無視したという事実を考慮して、色の強度を上げることでこれを補正しました。 技術的な観点から、出力量に適用される位相関数を除いて、シミュレーションのレイリー関数とMi関数は非常に似ています。 他の多くのプロジェクトと同様に、Heny – Greenstein散乱関数を使用して異方性パラメーターを調整しました。
さまざまな構成でのMi散乱。
このトピックに関する学術研究に精通している読者は、タイトルの選択に同意しない可能性があります。 この意味で、私たちは本当にいくつかの自由を認めました。 事実、多くの専門家は「レイリー散乱」という用語を使用して大気散乱を説明し、「ミー散乱」という用語を使用して太陽の周りのヘイズを説明しています。 したがって、これらの条件に従うことにしました。
高さのばらつき
この要素には、低地で見られるさまざまな大気散乱効果が含まれています。低地の霧、地面のaze、層状雲です。
この場合、かなり単純な解決策が見つかりました。指定された海面からの距離に基づいて密度を計算し、指数密度でスケーリングして、希望の色でペイントしました。
さまざまな構成での高さのばらつき。
光を遮る
太陽光は、視聴者に向かって、または視聴者から離れて散乱するだけでなく、視聴者と光源の間にある粒子によっても吸収されます。 この効果をシミュレートするには、別のソリューションが必要でした。
カスケードシャドウマップで指向性光のビームを追跡し、縮小されたオフスクリーンバッファーで障害物を計算しました。 最終画像にピクセル散乱を適用するために、エッジ認識フィルターを使用してシャドウマップの解像度を上げ、各ピクセルの最終色を作成しました。 この段階で、特定の困難に直面しました。 そのため、当社のソリューションは単一散乱専用に設計されており、吸収されたすべての光をシェーディングして吸収することはできません。イメージが非常に暗く不自然になるためです。 一方、多重散乱のためのより複雑で高価なソリューションも必要ありませんでした。 最終的に、間接照明係数、つまり直接散乱と間接散乱の割合を手動で設定する機能を追加することにしました。
さまざまな構成での遮光。
エフェクトの組み合わせ
そのため、最終イメージのすべての効果を共通の分母にもたらすことが残っています。 3つの要素すべてを組み合わせることで、リアルな色の構成が得られました。
レイリー散乱、ミー散乱、高さ散乱の複合効果。
次に、バッファー内の直接照明と間接照明の減衰値をより詳細に調整しました。
光の妨害を考慮した複合散乱効果。
そして最後に、写真に大気散乱を課すことが残っています。 これを行うために、透過画像を減衰量で暗くし、光伝搬量で照らしました。 取得したものは次のとおりです。
最終的な構成。