【Unity】RayMarching体积云理论学习

RayMarching 体积云

1. RayMarching 是一种处理体积物体的方法

2. RayMarching 体积云的制作是基于屏幕后处理

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2. 屏幕空间重建世界坐标

   • 目的是把屏幕坐标的每一个像素点转化成Unity世界坐标，可以得到射线的方向

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3. 如何在需要渲染的物体或者场景中使用RayMarching？

   • 使用包围盒

     常见的包围盒算法

     • Axis-Aligned bounding Box 轴对齐包围盒

     • OBB（OrientedboundingBox） 方向包围盒

     • nvdia 改进后的算法

     • 简述AABB和OBB的区别

     • 碰撞检测之 AABB 包围盒

   • 使用包围盒的目的

     • 判断 光线 与复杂的物体相交是一个比较费时的计算，当我们用一个包围盒取包围它时，盒子的计算就会降低很多时间

     • 同时还可以处理不同深度物体的遮挡问题（透明物体？）

     • 碰撞算法会返回 相机到容器的距离 和 返回光线是否在容器中

       • 此时我们就可以获得基础的步长，每次步进都是密度叠加。

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3. 噪声采样

   • Perline噪声：雾状层云，但它无法描述积云中的圆形、波浪状，也无法给它们一种隐隐的运动感

   • Worley噪声：用于渲染焦散和水的效果

   • 3D 纹理 - Unity 手册

   • 3D纹理的采样坐标的原点一般是左下后方

   • 入门图形学：Texture3D-CSDN博客

   • 3D贴图采样贴图传入的是Ray 接触点，但其是世界坐标，需要转换到包围盒的相对位置上去

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4，步进

简而言之就是在接触点不断往前，采样密度叠加，直到脱离包围盒或者超出最大步长距离

float  sumDensity  = 0;
 for (int j = 0; j <32; j++)
  {
    if (_dstTravelled < dstLimit)
       {
          rayPos = entryPoint + (worldViewDir * _dstTravelled);
          sumDensity += pow(sampleDensity(rayPos),5);
       }
 _dstTravelled += _rayStep; //向前步进
}
return col + sumDensity ;

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5.体积云的光照计算

6.体积云形状控制与动画

• 可以参考 GPU Pro 7里面的理论

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8. 优化方案

• 分帧渲染

  • 低分辨率上做raymarch计算，然后通过多帧来重建。

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参考链接：

RayMarching实时体积云渲染入门(上) - 知乎 (zhihu.com)

A Ray-Box Intersection Algorithm and Efficient Dynamic Voxel Rendering (JCGT)

Ray Marching for Dummies

GPU Pro 7——实时体积云（翻译，附Unity工程）-CSDN博客

Unity 官方