游戏开发 · Game DevelopmentNote
天空大气与体积云
Sky Atmosphere & Volumetric Clouds
天空大气 (Sky Atmosphere) 组件是基于物理的天空与大气渲染：模拟瑞利散射 (Rayleigh)、米氏散射 (Mie) 和臭氧吸收，天色随太阳高度变化，并提供带行星曲率的空气透视，可以从地面平滑过渡到外太空。体积云 (Volumetric Cloud) 组件用材质驱动的三维体积纹理做光线步进，多次散射用若干「八度」近似，云的阴影可以用光线步进或 Beer 阴影贴图。
天空大气
- 它是基于物理的天空与大气渲染技术，近似模拟光在行星大气这种参与介质中的散射；支持日夜变化，并提供空气透视 (aerial perspective)，可以按正确的行星曲率从地面过渡到天空再到外太空。（Sky Atmosphere Component in Unreal Engine）理论见 天空与云渲染、参与介质与体积散射。
- 最多两个「大气太阳光」：在定向光上勾选 Atmosphere Sun Light，并设置 Atmosphere Sun Light Index（例如 0 是太阳、1 是月亮），天空中会出现日轮，天色取决于阳光和大气属性。天色随太阳高度变化，也就是随主定向光的方向接近与地面平行的程度变化。（Sky Atmosphere Component in Unreal Engine，光源见 光源类型与静态光照）
| 成分 | 物理含义 | 视觉效果 |
|---|---|---|
| 瑞利散射 | 光与空气分子等小粒子作用 | 天空的颜色 |
| 米氏散射 | 光与灰尘、花粉、污染物等大粒子作用；主要向前散射 | 天空发朦；太阳周围的明亮光晕，用 Mie Anisotropy 控制各向异性 |
| 臭氧吸收 | 吸收层 | 调节天色 |
（Sky Atmosphere Component in Unreal Engine）
体积云
- 过去实时云多用贴在天穹网格上的静态材质。现在体积云系统对一个三维体积纹理做光线步进来表现云层，以材质驱动：云可以在天空中移动、可以是任何类型，并能适应日夜变化；支持地面视角、飞行以及从地面到太空的过渡。（Volumetric Cloud Component in Unreal Engine）
- 多次散射近似：云这种参与介质的完整光照模拟在消费级硬件上太贵，系统改为在体积材质里追踪若干「八度 (octaves)」的透射率来近似多次散射。八度数在 Volumetric Advanced 材质输出节点上设置；八度越多越贵。游戏项目建议只用一个八度，用高 Contribution、低 Occlusion 达到类似效果而不增加开销。（Volumetric Cloud Component in Unreal Engine，材质见 材质系统）
flowchart LR M["云材质<br/>体积纹理 + 噪声"] --> R["沿视线光线步进"] R --> S["每步：向光源方向估计透射率<br/>多次散射按八度近似"] S --> O["累积颜色与透射率"] SH["云阴影：光线步进 或 Beer 阴影贴图"] --> G["地面阴影、大气中的光束"]
图中左边是渲染云本身的步进流程，下方是云投到地面和大气中的阴影。
云阴影
两种模式：默认的光线步进 (Ray Marched)，以及 Beer 阴影贴图 (BSM)。BSM 使用级联阴影贴图来支持远距离的云阴影和投射到地面的阴影（级联思想见 级联阴影贴图），从地面看云时通常就够了；在 Xbox One、PS4 级别的平台上推荐用 BSM。在大气光源上开启 Cast Cloud Shadows 后，云可以遮挡场景并在大气中投出光束（俗称 God Rays）；Cloud Shadow Map Resolution Scale 决定光束的分辨率和开销，缩小 Cloud Shadow Extent 可以让阴影贴图分辨率更集中、阴影更锐利。（Volumetric Cloud Component in Unreal Engine）
取舍
天空大气与体积云适合需要日夜循环或飞行视角的项目。固定时间的场景用传统天空盒更便宜（见 天空与云渲染 中的讨论；这是对理论页的引用，不是 UE 文档的结论）。体积云的开销主要由八度数、步进和阴影分辨率决定。