Procedurally Generated Volumetric Cloudscapes for Unity

Abstract

Název práce: Procedurálně generovaná volumetrická oblačnost pro Unity Autor: Jan Koblı́žek Katedra: Katedra softwaru a výuky informatiky Vedoucı́: Mgr. Martin Kahoun, Katedra softwaru a výuky informatiky Abstrakt: Tradičnı́ postup pro renderovánı́ mraků v počı́tačových hrách je založen na statických skyboxech, nebo nebo sadách statických textur. Volumetrické mraky kdysi byly přı́liš výpočetně drahé, ale se zlepšenı́m ve výkonu grafických karet byly úspěšně použity v nedávných hernı́ch titulech. Tato práce představuje implementaci volumetrických mraků renderovaných v reálném čase pro hernı́engine Unity. Mraky jsou popsány několika texturami (jak 3-dimenzionálnı́ tak 2-dimenzionálnı́) a renderovány pomocı́ raymarchingu. Výsledná implementace umožňuje použı́vat tři typy nı́zkých mraků - cumulus, stratocu- mulus a stratus. Uživatel může hladce přecházet mezi různými úrovněmi oblačnosti, dennı́mi dobami a animovat mraky na základě směru a rychlosti větru. Mraky podporujı́ světelné efekty jako měkké stı́ny a světelné paprsky pronikajı́cı́ mezi mraky. Klı́čová slova: mraky, volumetrický raymarching, renderovánı́ v reálném čase, Unity (hernı́ engine) 1

Title: Procedurally Generated Volumetric Cloudscapes for Unity Author: Jan Koblı́žek Department: Department of Software and Computer Science Education Supervisor: Mgr. Martin Kahoun, Department of Software and Computer Science Edu- cation Abstract: The traditional approach to cloud rendering in computer games is based on static sky- boxes or a set of static textures. Volumetric clouds used to be too computationally expensive, but with advances in GPU performance, they were successfully used in recent gaming titles. This thesis presents an implementation of real-time volumetric clouds for the Unity game engine. Clouds are described by multiple textures (both 3-dimensional and 2-dimensional) and rendered using a ray marching algorithm. The resulting implementation allows three types of low altitude clouds - cumulus, stra- tocumulus and stratus. The user can seamlessly transition between different coverages, times of the day, and animate clouds based of the speed and direction of the wind. Clouds support advanced lighting effects such as casting soft shadows and sun shafts. Keywords: clouds, volumetric raymarching, real-time rendering, Unity (game engine) 1