與 大氣散射[http://www.itdecent.cn/p/dc8f2cd8a7f2] 相關(guān)

1. 相同的靈魂：物理公式

無(wú)論是大氣散射（Atmospheric Scattering）還是體積霧（Volumetric Fog），它們底層都在算同一個(gè)積分公式：
也就是：

• 光線射入介質(zhì)（空氣/霧）。
• 光線被介質(zhì)吸收（變暗）。
• 光線被介質(zhì)散射（發(fā)亮，形成光路）。

2. 不同的軀殼：工程實(shí)現(xiàn)的巨大差異

雖然公式一樣，但應(yīng)用場(chǎng)景的約束完全不同，導(dǎo)致了渲染管線走了兩條路。
A. 大氣散射 (Atmospheric Scattering)

• 場(chǎng)景： 它是背景。距離無(wú)限遠(yuǎn)（從地面到太空）。
• 光影： 它可以忽略遮擋（通常不計(jì)算云層或山體對(duì)大氣的實(shí)時(shí)陰影，因?yàn)樘h(yuǎn)了）。
• 優(yōu)化手段：LUT (查找紋理)。
  • 因?yàn)檫@東西變化很慢（整個(gè)天空是漸變的），且它是“宏觀”的，所以我們預(yù)計(jì)算成一張圖，直接貼在無(wú)窮遠(yuǎn)的天球上。
  • 關(guān)鍵點(diǎn)： 它只處理“光和空氣”，不處理“光和物體”。
    B. 體積霧 (Volumetric Fog)
• 場(chǎng)景： 它是前景。距離很近（就在你相機(jī)前 0~100 米）。
• 光影： 它必須計(jì)算遮擋。這是核心區(qū)別！
  • God Rays (體積光) 的本質(zhì)： 當(dāng)光線穿過(guò)霧氣時(shí)，如果中間有一棵樹(shù)擋住了光，霧氣里必須出現(xiàn)一條黑色的“影子通道”。這就是 God Rays。
  • 大氣散射通常不管這棵樹(shù)，但體積霧必須管。
• 優(yōu)化手段：Frustum Voxel Grid (視錐體體素網(wǎng)格)。
  • LUT 沒(méi)法用了，因?yàn)閳?chǎng)景里的物體和燈光每幀都在變。
  • Raymarching（對(duì)每個(gè)像素暴力光線步進(jìn)）太卡了。
  • 于是，工業(yè)界發(fā)明了“體素化”方案（見(jiàn)下文）。

3. Unity 中體積霧的底層：Frustum Voxel Grid

這是現(xiàn)代 3A 游戲（包括 Unity HDRP 和 Unreal Engine）實(shí)現(xiàn)體積霧和 God Rays 的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。
它的原理非常巧妙：

• 切蛋糕 (Voxelization):
  • 想象你的相機(jī)視錐體（Camera Frustum）是一個(gè)梯形的蛋糕。
  • 我們?cè)诘头直媛氏拢ū热?160x90x64），把這個(gè)空間切成無(wú)數(shù)個(gè)小方塊（Voxels/Froxis）。注意，這里的 Z 軸是沿著相機(jī)深度的。
• 計(jì)算光照 (Compute Shader):
  • 對(duì)于每一個(gè)小方塊，我們?cè)?Compute Shader 里計(jì)算：
    • 這個(gè)方塊里有霧嗎？(Density)
    • 這個(gè)方塊被光照到了嗎？(采樣 Shadow Map) —— 這就是 God Rays 產(chǎn)生的地方！ 如果 Shadow Map 說(shuō)這個(gè)點(diǎn)是黑的，那這個(gè)方塊就不亮。
  • 結(jié)果存入一張 3D Texture (3D 紋理)。
• 光線累積 (Raymarching the 3D Texture):
  • 沿著視線方向，把這些小方塊的亮度和透明度累加起來(lái)（積分），生成一張最終的體積光紋理。
• 混合 (Upsampling):
  • 把這張低分辨率的體積光紋理，拉伸放大，覆蓋到屏幕上，和場(chǎng)景物體混合。

4. 你的困惑：FogVolume 和 VolumetricLight 是什么？

在 Unity (特別是 HDRP) 中，這些組件就是為了控制上面提到的那個(gè) Voxel Grid。

• Volumetric Fog (Global):
  • 設(shè)置整個(gè)場(chǎng)景的基礎(chǔ)霧濃度。它填充了所有的 Voxels。
• Fog Volume (Local):
  • 這是一個(gè)局部覆蓋。比如你走進(jìn)一個(gè)沼澤，這里有一個(gè) Box Collider。
  • Unity 會(huì)判斷：如果某個(gè) Voxel 在這個(gè) Box 范圍內(nèi)，就人為增加這個(gè) Voxel 的密度數(shù)據(jù)。
  • 這就像是在那張 3D 紋理里“畫”了一團(tuán)墨水。
• Volumetric Light (Light Component):
  • 這是告訴渲染器：計(jì)算 Voxel 光照時(shí)，請(qǐng)把這盞燈也算進(jìn)去。
  • 開(kāi)啟 Volumetric Shadows：計(jì)算 Voxel 時(shí)強(qiáng)制采樣 Shadow Map。有了這個(gè)，光線被物體遮擋后，霧氣里才會(huì)出現(xiàn)“光柱” (God Rays)。

5. 總結(jié)：如果我在 Unity 里都要用，會(huì)有沖突嗎？

不會(huì)，它們通常是分層疊加的：

• 最遠(yuǎn)處： Atmospheric Scattering (天空盒) 負(fù)責(zé)渲染藍(lán)天、夕陽(yáng)背景。這是底色。
• 近處： Volumetric Fog (體積霧) 負(fù)責(zé)渲染你身邊的空氣感、路燈的光暈、樹(shù)林里的耶酥光。這是疊加層。

所以，你現(xiàn)在的理解完全打通了：大氣散射是大自然的宏觀背景，體積霧是場(chǎng)景里的微觀光影，兩者物理同源，但工程分家。

unity URP

這是一個(gè)非常關(guān)鍵的問(wèn)題，因?yàn)?Unity 在 URP (Universal Render Pipeline) 和 HDRP 的策略上長(zhǎng)期存在巨大差異。
答案取決于你使用的 Unity 版本：
情況 A：Unity 6 (2023.3+) —— 終于有了！
在最新的 Unity 6 Preview (以及 URP 17+) 中，Unity 終于給 URP 加入了原生的 Volumetric Fog (體積霧)。

• 它的原理：
  它確實(shí)使用了類似 HDRP 的技術(shù)（基于 3D 紋理/Voxel 的 Raymarching），但為了適配中低端設(shè)備（手機(jī)、Switch），它做了一些簡(jiǎn)化和優(yōu)化。
• 怎么開(kāi)啟：
  • 在 URP Asset 設(shè)置里，找到 Quality -> Volumetric Fog 并勾選。
  • 在場(chǎng)景里的 Global Volume 組件中，添加 Override -> Fog。
  • 把 Fog Mode 改為 Volumetric。
• 能實(shí)現(xiàn) God Rays 嗎？
  能。它會(huì)結(jié)合 Shadow Map 計(jì)算光柱。
  情況 B：Unity 2022 LTS 及更早版本 —— 默認(rèn)沒(méi)有
  如果你還在用目前主流的 Unity 2020, 2021, 或 2022 LTS，答案是 No。
  默認(rèn)的 URP 只有 基礎(chǔ)霧 (Basic Fog)。
• 它是什么： 僅僅是根據(jù)像素的深度（Depth），把遠(yuǎn)處物體的顏色混合成灰色。
• 它不是什么： 它完全不懂光照。光線穿過(guò)它不會(huì)變亮，物體遮擋光線也不會(huì)產(chǎn)生“上帝之光” (God Rays)。它只是一個(gè)全屏濾鏡。
  那在老版本 URP 里怎么實(shí)現(xiàn) God Rays？
  既然官方?jīng)]給，在 URP 中實(shí)現(xiàn)體積光通常有兩條路：

1. 方案一：屏幕空間散射 (Screen Space God Rays) — 性能最好，效果一般(TODO，不懂)

這是一種“假”體積光，也是手游最常用的方案。

• 原理：
  • 渲染一張只有太陽(yáng)和高亮物體的圖（把遮擋物扣黑）。
  • 對(duì)這張圖進(jìn)行徑向模糊 (Radial Blur)。
  • 把模糊后的結(jié)果疊加回屏幕。
• 優(yōu)點(diǎn)： 極快，手機(jī)隨便跑。
• 缺點(diǎn)： 只有當(dāng)你看著太陽(yáng)時(shí)才有光柱。如果你轉(zhuǎn)頭，光柱就消失了（因?yàn)樗淮嬖谟谄聊豢臻g）。

• 實(shí)現(xiàn)： 以前需要自己寫 ScriptableRendererFeature，現(xiàn)在 Asset Store 有很多免費(fèi)的（如 Occulusion Shafts）。

  
  
  image.png

2. 方案二：基于 Mesh 的假光柱 — 這種最古老

• 原理： 美術(shù)做一個(gè)圓錐體的模型，貼一個(gè)半透明的材質(zhì)，插在窗戶或路燈下。
• 優(yōu)點(diǎn)： 極度省性能，完全可控。
• 缺點(diǎn)： 穿幫嚴(yán)重，人走進(jìn)去不會(huì)有真實(shí)的體積感，只是個(gè)透明片。

3. 方案三：使用插件 (Asset Store) — 最推薦

由于 URP 官方長(zhǎng)期缺席，Asset Store 里的插件已經(jīng)進(jìn)化得非常完美。它們通過(guò)自定義 Render Feature 實(shí)現(xiàn)了真正的 Frustum Voxel Grid 體積霧。
最著名的兩款（幾乎是 URP 項(xiàng)目標(biāo)配）：

• Volumetric Fog & Mist 2 (Cronos): 性能優(yōu)化極好，支持手機(jī)，效果接近 HDRP。
• Aura 2 / Aura 3: 效果極度炸裂，但比較吃性能，適合 PC/主機(jī)版 URP 游戲。
  總結(jié)：URP 到底用不用那個(gè)“Voxel Grid”技術(shù)？
• Unity 2022 及以前： 默認(rèn)不用。默認(rèn)只有深度霧。
• Unity 6+： 默認(rèn)用了（簡(jiǎn)化版）。
• 插件（如 Volumetric Fog 2）： 用了。它們手動(dòng)實(shí)現(xiàn)了那套技術(shù)。

Atmospheric Fog 大氣霧

與Volumetric Fog 不是一回事，但在視覺(jué)目標(biāo)上有重疊。
你可以把 Atmospheric Fog (大氣霧) 看作是“平面的、基于距離的著色欺騙”，而把 Volumetric Fog (體積霧) 看作是“真實(shí)的、具有物理特性的空間介質(zhì)”。

1. Atmospheric Fog vs. Volumetric Fog

2. Unity URP 中有內(nèi)置嗎？

關(guān)于 Atmospheric Fog，情況比較微妙：

• 基礎(chǔ)距離霧 (Distance Fog)： 有內(nèi)置。
  在 URP 的 Lighting 窗口 -> Environment 選項(xiàng)卡下，你可以開(kāi)啟 Fog。它支持 Linear、Exponential 和 Exponential Squared 三種模式。這是最基礎(chǔ)的大氣模擬。
• 物理大氣散射 (Atmospheric Scattering)： 部分內(nèi)置。
  在 URP 的 Volume 系統(tǒng)中，有一個(gè) Physically Based Sky。它能模擬天空因大氣散射產(chǎn)生的顏色變化，但它更多是針對(duì)“天空盒”，而不是針對(duì)場(chǎng)景深度中的“霧氣”。
• 體積霧 (Volumetric Fog)： 官方?jīng)]有原生內(nèi)置。
  這是 URP 經(jīng)常被開(kāi)發(fā)者吐槽的一點(diǎn)。相比之下，Unity 的 HDRP 是原生內(nèi)置高質(zhì)量體積霧的。

3. 如果沒(méi)有，該如何實(shí)現(xiàn)？

如果你在 URP 中需要實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的大氣霧或體積霧，通常有以下幾種方案：

A. 開(kāi)啟內(nèi)置基礎(chǔ)霧（最簡(jiǎn)單）

• 打開(kāi) Window > Rendering > Lighting。
• 在 Environment 標(biāo)簽頁(yè)勾選 Fog。
• 確保你的 Shader 包含 multi_compile_fog 變體（URP 官方 Shader 均已支持）。

B. 使用 Shader Graph 自定義（大氣霧進(jìn)階）

如果你想要那種“高度霧”（低處濃、高處?。憧梢杂?Shader Graph 編寫一個(gè)全局后處理效果：

• 利用 Position 節(jié)點(diǎn)的 World Space Y 軸分量。
• 公式參考：FogDensity = e^{-Height \cdot Density}。
• 通過(guò) Renderer Feature 將其注入到渲染管線中。

C. 使用第三方插件（實(shí)現(xiàn)體積霧的最佳途徑）

由于從零開(kāi)發(fā)高性能的體積霧（基于 GPU 3D LUT 或 Froxel）門檻較高，社區(qū)通常推薦成熟的插件：

• Buto: 專門為 URP 設(shè)計(jì)，視覺(jué)效果極佳。
• Aura 2: 經(jīng)典的體積光/霧解決方案。
• Enviro / Weather Maker: 這種全天候系統(tǒng)插件自帶了高質(zhì)量的大氣和體積霧功能。

D. 手動(dòng)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的體積光（Fake 方案）

如果你只需要一束光照下來(lái)的感覺(jué)，可以使用 Radial Blur (徑向模糊) 后處理，或者使用簡(jiǎn)單的 Mesh Beam (面片光柱) 配上軟粒子 Shader。