On Rendering the Sky, Sunsets, and Planets - The Blog of Maxime Heckel
这篇文章用浏览器端 shader 实验解释如何从简单天穹推进到行星尺度的 大气散射 渲染。核心路径是：用 Raymarching 采样大气密度，用 Rayleigh Scattering、Mie Scattering 和 Ozone Absorption 组合天空颜色，再用深度缓冲、射线-球体相交和 LUT-based Atmospheric Scattering 优化成可用于场景的后期处理效果。
源文见：On Rendering the Sky, Sunsets, and Planets - The Blog of Maxime Heckel。
核心贡献
- 把天空颜色建模为光与大气体积相互作用的结果，而不是静态渐变背景
- 用 Optical Depth and Transmittance 描述视线方向与太阳方向上的光线衰减
- 解释 Rayleigh Scattering 如何让短波长蓝光更容易进入观察方向
- 解释 Mie Scattering 如何产生太阳附近的雾状光晕和日出日落的地平线混合
- 解释 Ozone Absorption 如何改变并加深天空颜色，尤其影响地平线、日落和暮光
- 把平面天空 shader 改造成深度感知的后期处理效果，用世界坐标重建和 depth buffer 处理场景几何遮挡
- 用 Planetary Atmosphere Rendering 的大气球壳、行星球体和对数深度缓冲解决地面到轨道视角的尺度问题
- 介绍 Sebastian Hillaire 的 LUT 思路，把昂贵的 lightmarching 预计算成纹理查找
实现链路
1. 天空模型
文章从一个 fragment shader 开始：每个像素发出一条视线射线，沿射线采样大气密度。每个采样点会累积三类量：
- Rayleigh 光学深度，用来表示分子散射贡献
- Mie 光学深度，用来表示尘埃、气溶胶等较大颗粒贡献
- Ozone 光学深度，用来表示高层大气吸收贡献
这些量合成 tau 后，通过 Beer-Lambert 风格的指数衰减公式得到透射率。
2. 光照模型
早期版本只计算相机到采样点的衰减。为了得到日出和日落，需要从每个采样点沿太阳方向再做一次 lightmarching，计算太阳光在抵达采样点之前穿过大气时损失了多少。
3. 场景后期处理
文章随后把天空 shader 变成后期处理效果：从 depth buffer 重建世界坐标，用相机位置和当前像素的世界坐标得到 3D 射线，再按场景深度、地面交点或最近几何体截断 raymarching 片段。
4. 行星大气
行星尺度需要两个额外处理：
- 用对数深度缓冲处理远距离观察时的精度问题
- 用射线-球体相交测试找到大气球壳入口、出口和行星地面交点
这样 shader 能同时覆盖地面视角、空中视角和近地轨道视角。
5. LUT 优化
最后一部分把大气散射拆成多个 LUT：
- Transmittance LUT：保存给定高度和光照角度下有多少阳光能穿过大气
- Sky View LUT：保存从当前观察位置看向不同天穹方向的天空颜色
- Aerial Perspective LUT：保存相机与场景几何体之间的大气雾化和视线透射率
最终合成 pass 会把 Sky View LUT 用于背景像素，把 Aerial Perspective LUT 用于场景几何体，从而用纹理查找替代大量重复 raymarching。
中文校对记录
源文附带中文对照，录入时已按英文主文校对关键术语和明显错误，主要包括：
- 将
raymarching从“光线追踪”修正为保留英文术语或“沿射线逐步采样” - 将
Uniforms从“制服/校服”修正为“参数” - 修正
optical depth、transmittance、Aerial Perspective LUT、Sky View LUT等术语 - 修正 “Green a bit more / Blue the most” 等被机翻破坏的列表项
- 修正
Outer-Worldly Atmosphere、Final Thoughts等标题译法