云渲染-体积云【理论基础与实现方案】

• 前段时间去听了xzw大佬的体积云线下授课，记了好几张笔记
• 根据与课期间所做的笔记和课后的复习，有了不少的知识积累
• 授课内容主要包括：体积云渲染的理论基础与实现方案、光学特征角度出发对这些特征进行建模、渲染效果和性能两方面的优化方案
• 我在下面会分享这次课程的部分所得（先在知乎发表了一下）

️常见的云渲染方案

基于 纹理 / 粒子系统 / 几何体扰动 / 体渲染 的云渲染

️不同云渲染方案的优缺点

️大气的概念

所谓大气就是围绕行星/卫星等天体的气态物质外壳，模拟地球大气的视觉特征时，我们要考虑三种大气成分：

1. 尺寸明显小于可见光波长的介质粒子（氧气/氮气）
2. 大小接近或超过可见光波长的介质粒子（水滴）
3. 具有特殊视觉效果和单独密度分布的介质粒子（臭氧）

️云的分类

Luke Howard 在1803年根据云的类型划分了七种不同的云形态：

️云的形态模拟

云具有不定形特征，通常采用噪声去模拟云的这种不定形特征。对于体渲染而言，一般采用3D纹理。确定纹理维度后，再考虑采用何种噪声模拟形态。DECIMA团队曾提到的 Perlin-Worley 噪声就具备很好的云形态特征。

Tileable Perlin-Worley 3D (shadertoy.com)​www.shadertoy.com/view/3dVXDc

柏林噪声 基于随机，在此基础上利用缓动曲线进行平滑插值，最终效果更加趋于自然，具有较好的空间连续性。

沃利噪声 属于细胞噪声的一类实现，有明显的晶胞特征，这一特征比较好的模拟自然界云的胞状体。

柏林-沃利噪声 兼具两种云特征，有较好的连续性和晶胞效果。具体而言，可把柏林噪声以沃利噪声为下界，重映射到0~1的值域空间，从而得到柏林沃利噪声。

低频噪声与高频噪声 在体积云的制作中，常以低频噪声构建云的基本形状，并用高频噪声侵蚀云的基本形状从而塑造单朵云。

低频噪声 是一个4通道的3D纹理，R通道存储柏林-沃利噪声，G\B\A对应逐渐提升的3个沃利噪声。

高频噪声 用于为云的基本形状增加细节的3D纹理具备3个通道，分别存储频率逐渐提升的3个沃利噪声，这三个通道的沃利噪声低频噪声的G\B\A三个通道存储的沃利噪声的不同处在于其频率相对更高。

后续的根据时间再做补充...