Cesium中实现全球体积云

RayMarching

RayMarching 也就是光线步进，是 3D 图形学中的一种渲染方法，常常用来作为体渲染的主要渲染方式。

基本实现原理是，在每个像素上计算一条光线，当光线进入体纹理范围内后，将光线细分成更小的光线片段进行步进迭代，每次步进时计算相应的强度信息。最终迭代结束后，将所有步进结果进行叠加计算，得到像素的颜色。

RayMarching ;

体积云

体积云是利用 RayMarching 方式渲染的云效果，在一些大型游戏中很常见。

与其他渲染云的方式不同，体积云是真正具有体积感的云，一个最简单的区分方式是，体积云能够进入到云的“内部”。

体积云效果

如何渲染云

体积云的渲染步骤大致为：

计算每个像素的光线方向
计算沿光线方向是否能够和体积云范围相交
获取相交范围，并在该范围内进行光线步进
根据步进结果计算云的基础形状(也就是云的密度)
计算云的光照

而其实，上面列的步骤中，1-3 均为 RayMarching 的实现。因此事实上，真正渲染体积云的步骤只有两个：计算强度和计算光照。

计算云的密度
计算云的光照

计算云的密度

体积云的密度计算比较简单，只需要在 RayMarching 的过程中，采样相应的噪声图，并累加噪声结果，直到达到噪声最大值或者结束步进。

最终累加的结果就是云的密度。

float cloudDensity = 0;
for(int iii = 0; iii < _Iteration; iii++) {
    float3 stepPos = startPos + iii * _StepLength;
    cloudDensity += SampleNoise(stepPos);

    if(cloudDensity > MaxCloudDensity){
      cloudDensity = MaxCloudDensity;
      break;
    }
}