Névoa por distância e altura

Como funciona

O ar nunca é perfeitamente limpo. Num trecho longo o bastante, poeira e gotículas de água absorvem e espalham parte da luz que vem de um objeto distante, e espalham na sua direção um pouco da luz do céu. Por isso montanhas ao longe parecem mais claras e mais azuladas que as próximas, e os pintores chamam isso de perspectiva atmosférica. A névoa num shader imita isso com dois números por pixel: a que distância a superfície está e quanto da luz dela sobrevive a essa distância.

A parte da sobrevivência segue a lei de Beer–Lambert: cada unidade de névoa deixa passar a mesma fração da luz, então a transmitância cai exponencialmente com a distância, exp(-density * distance). Depois o pixel mistura a própria cor com a cor da névoa na proporção do que não atravessou. Essa exponencial é uma curva de forma: ela nunca chega de todo à névoa total, e a densidade diz com que rapidez a névoa se fecha.

De onde vem a distância decide o estágio:

• Pós-processamento de tela. Uma passada de tela cheia lê o quadro pronto e o buffer de profundidade, transforma a profundidade de cada pixel numa distância e aplica a névoa na imagem inteira de uma vez. Uma passada cobre todos os materiais da cena, e é por isso que as engines fazem assim. A névoa exponencial é esta versão.
• Superfície. Cada material calcula a própria névoa a partir da posição do fragmento no mundo e da posição da câmera, no fim do seu shader de fragmento. Não precisa de textura de profundidade e funciona em superfícies transparentes, que uma passada de profundidade não enxerga, mas todo shader da cena precisa incluí-la.

A névoa por altura troca o meio uniforme por um mais denso perto do chão: a densidade cai exponencialmente com a altitude, e a névoa ao longo de um raio continua tendo uma fórmula fechada. Ela precisa da posição de cada pixel no mundo, então numa passada de pós-processamento também precisa das matrizes da câmera para reconstruir essa posição a partir da profundidade.

A maioria das engines traz névoa por distância, e muitas também por altura, nas configurações de ambiente, e elas costumam ser a escolha certa. Escreva a sua quando o visual precisar ser outro: uma cor de névoa que muda com a direção do olhar, névoa que só enche um vale, ou névoa num pipeline estilizado em que a nativa não roda.