Создание динамического окружения в ваших проектах

 Введение

Иногда разработчикам игровых приложений могут потребоваться создание динамической среды окружения – к примеру – смена дня и ночи, снег, дождь, облачность.
Существует множество методов достижения желаемого результата. Некоторые быстрые, другие медленные и сложные в понимании простыми разработчиками.
Изучив большинство методов реализаций динамического окружения, мы пришли к выводу, что они все не удовлетворяли нашим критериям – быть довольно быстрыми, качественными, а главное простыми. В методе Харриса[1], облака рисовали частицами, а затемняли аппаратным альфаблендингом – в результате картинка получалась достаточно красивой, но для реализации требовались введения импосторов, для оптимизации – сортировки, множество условий – крены частиц и т.д.
Метод Нишиты – оказался слишком сложный и громоздкий для понимания простыми людьми. Со временем можно понять суть метода и применить его в более простой модели освещения облаков и неба.
Так или иначе, мне пришлось написать эту часть кода, сразу скажу – половина, а то и больше, там вырвано из работ других авторов.

Часть первая. Небо

Для начала нам потребуется небо. Что же это такое и как его рисовать? Небо – это газовый шар на планете (атмосфера), через который, лучи от солнца проходят путь и рассеиваются в нем, на составляющие волны (цвета) – чем большее расстояние хода луча – тем больше рассеются синий и зеленый компоненты – поэтому закаты красные.
Хватит лирики. Переходим к практике.
Для начала нам понадобится геометрия неба. Для этого в любом удобном редакторе создайте сферу. Да, обычную сферу)).  После этого можно немножко сжать ее по вертикали. Размер сферы я выбрал 1000-2000 радиус. Сфера должна иметь текстурные координаты. Итак – в своем приложении загружаем и выводим сферу в позиции камеры, для того чтобы игрок был всегда в центре сферы.

D3DXMATRIX skyBW;
D3DXMatrixIdentity(&skyBW);
D3DXMatrixTranslation(&skyBW,cam_pos.x,cam_pos.y,cam_pos.z);

Рисуем сферу с шейдером неба – для него передаем такие константы:

-матрицу мира (World)
-матрицу вида (View)
-матрицу проекции (Proj)
-вектор позиции камеры (CamPos)
-вектор направления источника света (LightDir)
-текстуру неба (txScatt)

Это все.

Текстура неба выглядит так:

По сути – это три текстуры – дня, заката, ночи. Она служит для выборки цвета из нее согласно положению источника света.

В шейдере определяем константы:

float SunLightness = 0.2;
float sunRadiusAttenuation = 4096;
float largeSunLightness = 0.2;
float largeSunRadiusAttenuation = 1024;
float dayToSunsetSharpness = 4;
float hazeTopAltitude = 50; //высота тумана
float fDensity = 0.00028; //плотность тумана

Так выглядит вершинный шейдер неба :
//--------------------------------------------------------------------------------------
// Vertex Shader
//--------------------------------------------------------------------------------------
PS_INPUT VS( VS_INPUT input )
{
PS_INPUT output = (PS_INPUT)0;
output.Pos = mul( input.Pos, World );
output.Pos = mul( output.Pos, View );
output.Pos = mul( output.Pos, Proj );
output.Tex = input.Tex;

    output.WorldEyeDirection =  CamPos.xyz - mul( input.Pos, World ).xyz;

    float dist = length(output.WorldEyeDirection);
output.Fog = (1.f/exp(pow(dist * fDensity, 2)));
return output;
}

Как видим ничего нового и не понятного. Преобразуем координаты вершин в экранные координаты, передаем текстурные координаты, передаем направление взгляда (WorldEyeDirection – луч от камеры к точке неба, в мировых координатах), и вычисляем значение переменной тумана.

Теперь пиксельный шейдер неба:

Стоит отметить режим семплера для текстуры. Он такой:

Т.е. адресация установлена в режим зеркальности – т.к. геометрия сфера.
В результате мы должны получить такую картинку:

Результат работы шейдера неба.

В дополнение скажу – этот шейдер является некоей модификацией шейдера взятого из примера атмосферы от компании nVidia (FxComposer – Atmosphere Scattering)
Единственный минус данного метода – слишком медленные lerp`ы – в будущем буду думать над оптимизацией.
Теперь расскажу, как быстро получить вектор солнца. Для этого мы будем передавать сферические координаты, а на выходе получим вектор источника света:

Вы можете попробовать модифицировать шейдер, текстуру и параметры, чтобы добиться желаемой картинки.

>>Следующая страница