Atmosphere Shader 是一个用于生成基于物理的大气散射着色器的技能，目标是在 GLSL 片元着色器中通过光线步进（raymarching）合成 Rayleigh、Mie 与 Ozone 模型，渲染物理准确的天空、日落与行星大气。
用途
该技能面向需要物理准确大气渲染的图形开发场景，提供从简单天空背景到生产级行星大气管线的多种实现路径。它同时是一份针对 Claude 常见错误的纠正指南，帮助避免在生成大气散射着色器时出现可复现的失败模式。
四种模式
技能提供四种递进模式：
- sky-dome：单通道片元着色器，平面天空背景，作为入门模式。包含 Rayleigh + Mie + Ozone 散射与嵌套光照步进，适合作为全屏背景。
- atmosphere-post：深度感知的后处理效果，带大气雾。从深度缓冲重建世界空间位置，在场景体积中步进，施加随距离增厚的大气雾。
- planet：围绕网格的球形大气壳层，使用光线-球体相交定义大气进入/退出，采用对数深度缓冲以支持行星尺度。
- lut：基于 Hillaire (2020) 的透射率 + 天空视图 + 空中透视 LUT 与 FBO 管线，属于生产级方案。
主要能力与关键实现要点
技能重点记录了 Claude 在此类任务中常见的错误，并给出正确实现：
- 散射系数：Claude 会编造看似合理但物理错误的 beta 值。技能给出地球的精确常量，包括 Rayleigh 散射、Mie 散射与消光、Ozone 吸收，以及 Rayleigh/Mie 标高、Mie 各向异性参数与大气高度。
- 嵌套光照步进：Claude 常只实现视线光线循环，产生蓝色渐变但没有日落。关键缺失是在主光线每个采样点向太阳做二次步进以累积 sunOD。
- 对数深度重建：行星尺度下线性深度缓冲会导致 z-fighting，需启用 logarithmicDepthBuffer 并在着色器中解码。
- LUT 管线知识：无指导时 Claude 会在屏幕分辨率下尝试完整嵌套光线步进（24 主步 × 8 光照步 = 每像素 192 次纹理采样）。LUT 方法将透射率预计算到 250x64 纹理，下游 LUT 用单次 texture2D 调用采样。
- 相位函数归一化：Mie 相位函数（Henyey-Greenstein）分母中的 (2.0 + g*g) 项常被 Claude 遗漏。
- 臭氧层：Claude 的大气模型常完全跳过臭氧，丢失紫色暮光偏移与正确的天蓝色。臭氧峰值约在 25 km 高度、宽度约 15 km，只吸收不散射。
使用方式
技能以模式为单位组织实现。sky-dome 模式架构为：每像素从相机位置投射光线，步进大气体积（24 主步），每步累积 Rayleigh、Mie、Ozone 光学深度，每步向太阳做光照步进（8 步）计算太阳透射率，组合散射项，使用 smoothstep 做地平线遮罩，最后 ACESFilm 色调映射。
atmosphere-post 模式通过 getWorldPosition 从深度缓冲重建世界空间位置，根据场景深度驱动步长（背景像素使用大气高度 × 8），并对地面光线做提前终止。R3F 集成需要 depthBuffer、projectionMatrixInverse、viewMatrixInverse 三个 uniform，并在 Canvas gl 属性启用 logarithmicDepthBuffer。
planet 模式使用 raySphereIntersect 做光线-球体相交，处理光线未命中大气、命中行星表面、场景物体遮挡行星三种情况，并包含日食处理（比较太阳/月亮的角半径与分离度）。
lut 模式管线为：透射率 LUT（250x64）→ 天空视图 LUT（256x128）与空中透视 LUT（屏幕分辨率）→ 合成通道。透射率 LUT 的 x 轴为 mu = cos(zenith)（-1 朝地面到 +1 朝太空），y 轴为从 planetRadius 到 atmosphereRadius 的高度，输出 exp(-tau)。
适用场景
适用于需要物理准确天空、日落、行星大气渲染的图形开发，包括全屏天空背景、场景后处理大气雾、行星尺度大气壳层以及生产级 LUT 优化管线。
限制与范围边界
该技能覆盖体积大气光传输，不覆盖：体积云（独立渲染关注点）、域扭曲/程序化效果（属于 rocaille-shader）、粒子系统（属于 threejs-particle-canvas）、TSL/WebGPU API 参考（属于 webgpu-threejs-tsl）、基于 CSS 的天空渐变或表面效果（属于 grainient）。
参考文档
- references/scattering-coefficients.md — 地球、火星与自定义行星参数表
- references/hillaire-lut-pipeline.md — 来自 Hillaire (2020) 的 LUT 架构
归属
大气散射模型 — Nishita 等，"Display of the Earth Taking into Account Atmospheric Scattering"（SIGGRAPH 1993）；LUT 方法 — Sebastian Hillaire，"A Scalable and Production Ready Sky and Atmosphere Rendering Technique"（EGSR 2020）；实现参考 — Maxime Heckel，"On Rendering the Sky, Sunsets, and Planets"（2026）；生产参考 — Shota Matsuda 的 three-geospatial。