A realistic precomputed sky model in a real time renderer

Abstract

Realistic rendering of outdoor scenes requires an efficient simulation of atmospheric light scattering, but physically based simulations are usually too computationally expensive for interactive applications. This thesis presents a real-time sky rendering system based on the Prague Sky Model, integrated into the Godot Engine as an add-on. The main goal of the thesis is to provide a practical tool for generating physically plausible sky domes for real-time scenes, with particular focus on correct appearance with respect to the observer's altitude. Instead of evaluating the full atmospheric model during rendering, the implementation uses the original model to precompute sky textures for selected atmospheric states, which are then interpolated in the real-time renderer. To improve visual quality and usability, the system also implements supporting features, including sun rendering, atmospheric fog, and altitude-dependent changes of the visible horizon.

Realistické vykreslování venkovních scén vyžaduje efektivní simulaci rozptylu světla v atmosféře, avšak fyzikálně založené simulace jsou obvykle výpočetně příliš náročné pro interaktivní aplikace. Tato práce představuje systém pro vykreslování oblohy v reálném čase založený na Prague Sky Model, integrovaný do enginu Godot ve formě rozšíření. Hlavním cílem práce je poskytnout praktický nástroj pro generování fyzikálně věrohodných nebeských kopulí pro scény v reálném čase, se zvláštním důrazem na správný vzhled vzhledem k nadmořské výšce pozorovatele. Namísto vyhodnocování úplného atmosférického modelu během vykreslování používá implementace původní model k předvýpočtu textur oblohy pro vybrané atmosférické stavy, které jsou následně interpolovány v real-time rendereru. Pro zlepšení vizuální kvality a použitelnosti systém implementuje také podpůrné prvky, včetně vykreslování Slunce, atmosférické mlhy a změn viditelného horizontu závislých na výšce pozorovatele.