Unity におけるボリューメトリック・ライト・スキャッタリング（Volumetric Light Scattering、雲隙光）の実装
原理
(http://http.developer.nvidia.com/GPUGems3/gpugems3_ch13.html)書に有効な図表が載っている場合：
見た目いいね、了解した、私たちの目標はこの効果を実現することだ。
書には原理が説明され、重要な一つの式が次のようになっています：
\[ L(s, \theta, \phi) = exposure \times \sum_{i=0}^n decay^i \times weight \times \frac{L( s_i, \theta_i )}{n} \]
私の理解では、画像の各ピクセルには光が当たる可能性があります。したがって、そのピクセルから光源に向かう直線（画像に投影される位置で）をサンプリング（対応する数式では\(i\)）し、サンプリング結果を重み付け平均化（数式では\(\sum\)）し、それを新しい色値として使用します。さらに、重要なのはポストピクセルシェーダーですが、カメラのレンダリング結果を処理するためにそのシェーダーだけを使用すると、人工的な痕跡が明らかに現れ、ストライプが多数発生します。
その場合、書籍の効果はどのように作られるのか？実際には、書籍は既に答えを提供しており、一連の図を用いて説明できます：
図aは粗い効果です。注意深く見ると多くの筋が見え、十分にリアルでない遮蔽がないことがわかります。b、c、dが良い効果を得るために必要な手順です。
画像に照明の放射効果をレンダリングし、オブジェクトの遮蔽を追加します。
bを持っているVolumetric Light Scatteringピクセルシェーダーをcに適用して、隠蔽された効果を得ます。
d. 真実のシーンの色を追加
それでは、次は一歩ずつ実現していきましょう。
物体を覆う絵や障害物
実際の操作では、まずRenderWithShaderを使用して、遮蔽が発生するオブジェクトを黒く描画し、他の部分を白くします。各面をレンダリングする必要があるため、複雑なシーンではパフォーマンスに影響を与える可能性があります。シーンには不透明と透明なオブジェクトがあり、不透明なオブジェクトは完全な光の遮蔽を生成することを望み、透明なオブジェクトは部分的な遮蔽を生成する必要があります。そのため、異なるRenderTypeのオブジェクトには異なるShaderを書く必要があります。RenderTypeはSubShaderのタグです。詳細はこちら，文章を書いた後には、次のように呼び出します：
RenderWithShader関数の第二引数は、RenderTypeに基づいてShaderを置換するように求められます。要するに、同じオブジェクトの置換されるShaderのRenderTypeは置換前と一致している必要があります。これにより、異なるRenderTypeのオブジェクトに異なるShaderを使用することができます。
Shader "Custom/ObjectOcclusion"
{
Properties
{
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
}
SubShader
{
Tags
{
"Queue" = "Geometry"
"RenderType" = "Opaque"
}
LOD 200
Pass
{
Lighting Off
ZTest Always Cull Off ZWrite Off
Fog { Mode off }
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
uniform sampler2D _MainTex;
v2f_img vert(appdata_img i)
{
v2f_img o;
o.pos = mul (UNITY_MATRIX_MVP, i.vertex);
return o;
}
half4 frag(v2f_img i): COLOR
{
return half4(0, 0, 0, 1);
}
ENDCG
}
}
SubShader
{
Tags
{
"Queue" = "Geometry"
"RenderType" = "Transparent"
}
LOD 200
Pass
{
Lighting Off
ZTest Always Cull Off ZWrite Off
Fog { Mode off }
Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha // blend for transparent objects
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
uniform sampler2D _MainTex;
v2f_img vert(appdata_img i)
{
v2f_img o;
o.pos = mul (UNITY_MATRIX_MVP, i.vertex);
o.uv = MultiplyUV( UNITY_MATRIX_TEXTURE0, i.texcoord );
return o;
}
half4 frag(v2f_img i): COLOR
{
half3 output = (1, 1, 1);
half4 color = tex2D(_MainTex, i.uv);
half alpha = color.a;
return half4(output *(1-alpha), alpha);
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}
不透明と透明の物体のシェーダーの違いに注意してください：不透明の物体は直接黒で描画されます。不透明の物体はブレンディングを実行し、物体のテクスチャ上のアルファチャンネルを取得し、そのアルファに基づいてブレンディングを行う必要があります。上記のコードは単に不透明と透明を挙げたものであり、Opaqueとは異なってTreeOpaque（Opaqueと同じShaderだけどRenderTypeが変えられたもの）、TreeTransparentCutout（Transparentと同じ）などもあります。RenderTypeを指定したため、できるだけシーン内で隠蔽が起こる物体を広く網羅する必要がありますが、ここには前述の4種類しかないです。結果はおおよそ以下のようになります：
物体が光源の放射を遮ることを考慮に入れる
光源の放射を描くことは難しくありません。注意が必要なのは、画面のサイズに合わせて適切な処理を行い、光源の放射が円形であるようにします。
Shader "Custom/LightRadiate"
{
Properties
{
_MainTex ("Base (RGB)", RECT) = "white" {}
_LightPos ("Light Pos In Screen Space(XY)", Vector) = (0, 0, 0, 1)
_LightRadius ("Light radiation radius (Pixel)", Float) = 50
}
SubShader
{
Tags { "RenderType"="Opaque" }
LOD 200
Pass
{
ZTest Always Cull Off ZWrite Off
Fog { Mode off }
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#include "UnityCG.cginc"
uniform sampler2D _MainTex;
float4 _LightPos;
float _LightRadius;
v2f_img vert(appdata_img i)
{
v2f_img o;
o.pos = mul (UNITY_MATRIX_MVP, i.vertex);
o.uv = MultiplyUV( UNITY_MATRIX_TEXTURE0, i.texcoord );
return o;
}
half4 frag(v2f_img i): COLOR
{
half2 deltaTexCoord = (i.uv - _LightPos.xy) * half2(_ScreenParams.x, _ScreenParams.y);
float dis = dot(deltaTexCoord, deltaTexCoord);
const float maxDis = _LightRadius * _LightRadius;
dis = saturate((maxDis-dis) / maxDis * 0.5);
return half4(dis, dis, dis, 1) * half4(tex2D(_MainTex, i.uv).rgb, 1);
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}
このシェーダーは、画面上のライトの位置を入力する必要があります（camera.WorldToViewportPointを使用して計算でき、UV座標が得られます）。その後、指定された半径で外側に輝度が減衰する円を描画し、その結果を前述のオブジェクトの遮蔽画像（_MainTexに配置）と組み合わせます。結果はおおよそ次の通りです：
光散乱処理を行い、実際の色と組み合わせます。
ここでは、書籍で提供されているピクセルシェーダーを使用する必要があります。私のバージョン：
Shader "Custom/LightScattering"
{
Properties
{
_MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
_LightRadTex("Light Radiate Tex (RGB)", 2D) = "white" {}
_LightPos ("Light Pos In Screen Space(XY)", Vector) = (0, 0, 0, 1)
_Params("Density Weight Decay Exposure", Vector) = (1.0, 1.0, 1.0, 1.0)
}
SubShader
{
LOD 200
Pass
{
ZTest Always Cull Off ZWrite Off
Fog { Mode off }
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#pragma target 3.0
#include "UnityCG.cginc"
uniform sampler2D _MainTex;
uniform sampler2D _LightRadTex;
uniform float4 _LightPos;
uniform float4 _Params;
v2f_img vert(appdata_img i)
{
v2f_img o;
o.pos = mul (UNITY_MATRIX_MVP, i.vertex);
o.uv = MultiplyUV( UNITY_MATRIX_TEXTURE0, i.texcoord );
return o;
}
half4 frag(v2f_img i): COLOR
{
// Calculate vector from pixel to light source in screen space
float2 deltaTexCoord = (i.uv - _LightPos.xy);
// Divide by number of samples and scale by control factor, here I use 32 samples
deltaTexCoord *= 1.0f / 32 * _Params.x; //density;
// Store color.
half3 color = tex2D(_MainTex, i.uv).rgb;
// Store initial sample.
half3 light = tex2D(_LightRadTex, i.uv).rgb;
// Set up illumination decay factor.
half illuminationDecay = 1.0f;
for(int j = 0; j < 31; ++j)
{
// Step sample location along ray.
i.uv -= deltaTexCoord;
// Retrieve sample at new location.
half3 sample = tex2D(_LightRadTex, i.uv).rgb;
// Apply sample attenuation scale/decay factors.
sample *= illuminationDecay * 0.03125 * _Params.y ; //weight;
// Accumulate combined light.
light += sample;
// Update exponential decay factor.
illuminationDecay *= _Params.z; //decay;
}
// Output final color with a further scale control factor.
return half4(color+(light * _Params.w), 1); // exposure
}
ENDCG
}
}
FallBack "Diffuse"
}
基本的に、本に書かれている内容と一致していますが、私のパラメータはプログラム内で渡す必要があり、実際のカラーマップと光の散乱図を組み合わせました。結果は以下の通りです：
完整なコード
「コードはここ，csスクリプトをカメラに追加します。
Original: https://wiki.disenone.site/ja
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