这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是对该研究的学术报告：
本研究的主要作者是Sébastien Hillaire，来自Epic Games, Inc。该研究发表在2020年的Eurographics Symposium on Rendering上，由C. Dachsbacher和M. Pharr担任客座编辑，收录于第39卷第4期。
该研究属于计算机图形学领域，特别是实时渲染技术。研究背景是，现有的天空和大气渲染技术存在诸多限制，如仅适用于地面视角、无法动态更新大气属性、计算成本高或出现视觉伪影等。因此，研究团队提出了一种基于物理的、可扩展的、适用于实时应用的大气渲染技术。该技术的目标是实现从地面到太空视角的实时渲染，并支持动态时间变化和大气属性更新，同时避免高维查找表（LUTs）带来的视觉伪影。
研究流程主要包括以下几个步骤：
提出新的天空和大气渲染技术
研究团队提出了一种基于物理的渲染方法，能够从地面到太空视角实时渲染行星大气。该方法的核心是使用低分辨率查找表（LUTs）来评估光照积分的昂贵部分，同时保留重要的视觉特征。此外，研究还提出了一种新的近似方法，用于实时评估大气中的多次散射光。
大气模型的构建
研究使用了一个基于物理的大气材料模型，模拟了地球等行星的大气。大气模型包括瑞利散射（Rayleigh scattering）、米氏散射（Mie scattering）和臭氧吸收等组成部分。研究团队通过参数化这些组成部分，实现了对不同行星大气的渲染。
查找表的生成与优化
研究团队生成了多种查找表，包括透射率查找表（Transmittance LUT）、天空视角查找表（Sky-view LUT）、空中透视查找表（Aerial Perspective LUT）和多次散射查找表（Multiple Scattering LUT）。这些查找表通过低分辨率采样和优化算法，显著降低了计算成本。
多次散射的近似计算
研究提出了一种新的多次散射近似方法，该方法通过评估二阶散射光的贡献，并利用传递函数模拟无限次散射。该方法避免了传统迭代方法的计算负担，能够在每帧中实时更新多次散射效果。
性能优化与验证
研究团队在不同硬件平台上测试了该技术的性能，包括从低端移动设备到高端PC。结果表明，该技术能够在多种设备上高效运行，并且在视觉质量上与路径追踪（Path Tracing）的参考结果接近。
天空和大气渲染的视觉质量
研究团队通过对比Bruneton模型和路径追踪的参考结果，验证了该技术的视觉准确性。在白天和日落场景中，该技术能够准确渲染地球大气的颜色和光照效果，特别是在多次散射的贡献下，渲染结果更加逼真。
多次散射近似的有效性
研究提出的多次散射近似方法在渲染密集大气时表现出色，能够快速收敛到正确的颜色，而传统方法在高阶散射时会出现数值爆炸问题。该方法还能够在路径追踪中加速大气渲染，显著降低了计算成本。
性能表现
在NVIDIA 1080显卡上，该技术的渲染时间为0.31毫秒（ms），而Bruneton模型的渲染时间为0.22毫秒，但后者需要250毫秒来更新所有查找表。在移动设备（如iPhone 6s）上，该技术也能够高效运行，渲染时间约为1毫秒。
该研究提出了一种高效、可扩展的实时大气渲染技术，能够在多种硬件平台上实现从地面到太空视角的实时渲染。该技术通过低分辨率查找表和多次散射近似方法，显著降低了计算成本，同时保持了较高的视觉质量。此外，该技术还支持动态时间变化和大气属性更新，为游戏、模拟器和建筑预可视化等应用提供了强大的工具。
新颖的多次散射近似方法
该研究提出了一种新的多次散射近似方法，能够在每帧中实时更新多次散射效果，避免了传统迭代方法的计算负担。
低分辨率查找表的优化
研究团队通过低分辨率采样和优化算法，生成了多种查找表，显著降低了计算成本，同时保持了较高的视觉质量。
广泛的应用场景
该技术能够在多种硬件平台上高效运行，适用于游戏、模拟器和建筑预可视化等实时应用，具有广泛的应用前景。
研究团队还讨论了该技术在路径追踪中的应用，通过结合多次散射查找表，能够显著加速大气渲染。此外，研究团队提出了未来工作的方向，包括改进各向异性相位函数的精度和支持空间变化的大气条件。
该研究在实时大气渲染领域取得了重要进展，为相关应用提供了高效、逼真的渲染解决方案。