【unity URP】体积云笔记

KaaPexei

【References】
【简介】
本人在URP管线中学习了体积云的渲染，可终于把想法的flag给全部完成啦！有一说一，纯shader代码很好写文章，后处理系列这种用到很多地方反而不太好反向调整代码，所以这里主要介绍做体积云的思路。下一步看看做一波二次元渲染，在这次体积云的渲染主要参考上述参考文章的思路，同时会增加比较仔细的代码介绍。主要可能比较懒再做一份，所以介绍代码思路，并且附上源代码，源代码的注释很全面，可以直接拿来进行使用。

体积云视频，可能噪声不太好
https://www.zhihu.com/video/1449003898211700736
基础URP后处理逻辑可以看我的体积光文章，在本文中便不再重复搭建后处理逻辑内容：
【正文】
首先，体积云要怎么做呢？引入包围盒，然后基于包围盒判断当前射线位置，得到云朵具体密度并且进行反馈，得到当前体积云的密度大小，基于体积云密度的大小来得到最终的光照效果。
所以，我们需要准备一些前提材料，例如世界空间的位置，这里通过反向VP矩阵变换可以基于深度图得到世界空间位置：



获得世界空间坐标位置



矩阵汇入位置



世界空间坐标位置

包围盒的距离比较容易，通过多次min进行判断，得到当前位置到达盒子的距离，与盒子在里面的距离大小：



得到包围盒的距离

完成之前的操作之后，我们可以做体积云啦！体积云的本质是通过基于摄像机，往视角方向打射线，然后判断是否与包围盒碰撞，而这里的包围盒就是我们的云朵位置啦！



往视角方向打射线，判断光照结果



判断体积云点

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接着根据当前位置，得到对应的云朵密度，接着在云朵的密度中，本人加入了基于包围盒的UVxz方向进行采样的uv操作，以及加入视角方向的修正，达到噪音跟着摄像机能够保持相对不动的效果：



基于包围盒的uv修正

完成这一步之后，拿着uv对汇入的3D噪音进行采样，得到3D噪音效果，这里还加入一张遮罩噪音，来进行对噪音再扰动采样，避免噪音采样具有过分的重复性：



遮罩噪音



对3D噪音的采样位置

采样完3D噪音之后，对噪音的整体效果进行修正，得到最终的噪音效果



最终的噪音算法



噪音输出效果

完成3D噪音之后，我们加入边缘的修正，边缘修正主要通过得到边缘的x与z的最小值，对边框进行缩放：



边框缩放

接着汇入一张天气图，也是基于摄像机与包围盒的uv逻辑采样，得到体积云的缩放效果：



天气图



效果图

具体输出到Alpha通道，给颜色插值进行使用。



输出alpha图

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完成密度采样之后，我们需要进行光照确认，光照确认主要通过当前射线位置与射线穿过的位置来进行判断，汇入当前采样密度的位置，来计算出光线穿过的最终密度程度，加入云朵散射效果可以得到散射透光，加入透光便可以达到具体效果：



云朵光照确认代码位置



输出光照结果

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接着，我们把最终的光照与总密度输出，在输出前降采样，运用双重模糊的逻辑进行升采样，得到最终的体积云效果，可以通过这一步大幅度降低消耗：



双重模糊的升采样操作



没有降采样11.8ms



降采样的1.1ms

接着，我们还需要修复采样扰动，这里通过汇入一张



密度高的噪音图



对步长修正



修复效果，能够降低很多平滑线

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源代码：
链接：https://pan.baidu.com/s/1dsBtq5EWVhxGVaz7vPateg
提取码：fbfb