Vykreslování realistické atmosféry

Abstract

Realistické fyzikálně založené vykreslování atmosféry a oblačnosti je klíčovým prvkem pro dosažení vizuální věrnosti v počítačové grafice, zejména v interaktivních aplikacích jako jsou hry a simulátory. Věrná reprodukce atmosférických jevů, jako je rozptyl světla, atmosférická perspektiva a dynamické změny počasí, zásadně přispívá k imerzi a autenticitě virtuálních světů. Tato práce představuje implementaci moderních technik pro vykreslování kompletního modelu atmosféry, včetně volumetrické oblačnosti. Implementovaný systém je plně dynamický a interaktivní, umožňuje plynulé změny denní doby a simulaci různých typů počasí v reálném čase. Důraz byl kladen na fyzikální přesnost, vysokou vizuální kvalitu a efektivitu. Díky pokročilým optimalizacím a využití moderních grafických rozhraní dosahuje implementace velmi dobrého výkonu. Kompletní fyzikálně založený atmosférický model, včetně výpočtu vícenásobného rozptylu světla a vykreslení volumetrické oblačnosti, běží na moderním hardwaru pod 1,5 ms na snímek. Výsledné vizuální výstupy demonstrují vysokou míru realismu a věrně replikují komplexní vzhled zemské atmosféry i oblačnosti.

Realistic, physically-based rendering of the atmosphere and clouds is a key element for achieving visual fidelity in computer graphics, particularly in interactive applications such as games and simulators. The faithful reproduction of atmospheric phenomena, including light scattering, aerial perspective, and dynamic weather changes, significantly contributes to the immersion and authenticity of virtual worlds. This thesis presents an implementation of modern techniques for rendering a comprehensive atmospheric model, incorporating volumetric clouds. The implemented system is fully dynamic and interactive, enabling seamless time-of-day transitions and the simulation of various weather types in real-time. Emphasis was placed on physical accuracy, high visual quality, and efficiency. Leveraging advanced optimizations and modern graphics APIs, the implementation achieves very good performance. The complete physically-based atmospheric model, encompassing multiple scattering calculations and volumetric cloud rendering, executes in under 1.5 per frame on contemporary hardware. The resulting visual outputs demonstrate a high degree of realism, accurately replicating the complex appearance of the Earth's atmosphere and cloud formations.