前言

最近跟團(tuán)隊想要開發(fā)一個開放世界的游戲，這是很有趣的游戲概念，然而參考了《塞爾達(dá)傳說 荒野之息》的設(shè)定后發(fā)現(xiàn)，這個游戲的成功很大程度是美工和設(shè)計大量的工作，才形成了這個很有趣的大陸，然而我們的團(tuán)隊沒有辦法手工搭建出這么大的場景，于是我萌生了一個很自然的想法：寫一個自動生成還算合理的地形的腳本。

起初我嘗試了Perlin噪聲直接生成高度圖的做法，然而產(chǎn)生的地形太過極端，腳本的開發(fā)也進(jìn)入了僵局，直到我看到了一篇2010年的文章：
原文地址：
http://www-cs-students.stanford.edu/~amitp/game-programming/polygon-map-generation

這篇文章是在flash上實現(xiàn)了一個自動隨機多邊形地圖的demo，我跟著這篇文章的思路，基本上復(fù)制了一個unity3D的版本，以后可能會再寫出一個unreal的版本。

源碼github地址

效果圖

demo

基礎(chǔ)多邊形細(xì)胞圖

既然要產(chǎn)生一個多邊形為基礎(chǔ)的地圖，那么第一步當(dāng)然是產(chǎn)生一個由多邊形填滿的二維圖，術(shù)語上這種圖形叫做維諾圖（Voronoi Diagram）,我更喜歡叫他細(xì)胞圖。

Voronoi

這種圖形的生成原理網(wǎng)上有很多，我參考了這篇文章：

http://blog.csdn.net/k346k346/article/details/52244123

需要注意的是，采用這種方法生成出的圖形太過隨機，我們需要讓他看起來齊整一些，這采用了叫做Lloyd的放松算法，這是一種聚類算法，簡單來講就是經(jīng)過數(shù)次迭代，每次迭代將維諾圖的中心點移動到所在多邊形的中心，重新計算維諾圖。實際實驗后發(fā)現(xiàn)2次迭代已經(jīng)完全能達(dá)到效果。

數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

源代碼中的VoronoiElement文件里保存了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，大部分都具有注釋，需要解釋的Center類代表了維諾圖的中心點，也就是Delaunay三角網(wǎng)的頂點，而Corner類代表三角形的外心，也就是圖中多邊形的交點。這樣做的目的事實上產(chǎn)生了兩張圖的信息，三角圖 和多邊形圖，后期開發(fā)時三角圖可以用作尋路而多邊形圖主要用于渲染。

區(qū)分陸地和水

第二步我們要為我們的地圖添加大陸和水的區(qū)別，自然界中的地表水的形成是有很多因素的，然而我們模擬時只能采用隨機模擬。

原文中給出了很多模擬的思路，我才用了柏林噪聲的方式進(jìn)行模擬，首先為地圖上每一個Corner點計算一個Perlin噪聲值，設(shè)定一定的參數(shù)決定這個噪聲值是否能使這個Corner具有水的屬性。我才用的方式是比較（PerlinNoise）與（waterScale + waterScale * Distance(地圖中心，該點)）大小，這樣既可以修改waterScale的參數(shù)值來修改生成地圖的水量多少，同時也確保在地圖邊緣更容易出現(xiàn)水，讓我們的地圖看起來像是一個海上的大陸（我默認(rèn)地圖邊緣都是水）。

在決定好Corner點的屬性后，我們把與水Corner相接的Center（也就是多邊形）記為水屬性，可以通過Corner的touches鏈表獲取到與其相接的Center。

區(qū)分水和大陸

區(qū)分海洋、內(nèi)陸湖、海岸線

首先我們規(guī)定與地圖邊界接壤的多邊形為海洋，所有與海洋接觸的水均為海洋，與海洋接觸的陸地是海岸線，其余的水為湖泊。

這里采用了一種種子填充的算法來計算。實際上這是一種廣度優(yōu)先搜素的策略，我們首先將地圖邊緣的Center添加到一個Queue隊列中，接下來執(zhí)行一個循環(huán)，直到隊列中沒有剩余元素。循環(huán)時每次取出隊列的尾部Center，檢查與該Center直接接觸的臨近多邊形（這可以在neighbors鏈表中找到），若臨近Center為水且不為海洋，代表這是一個還未處理過的Center，將他置為海洋并加入隊列，若臨近Center不為水，則置為Coast并加入隊列。

在處理完全部的Center后，我們只需把海洋多邊形的Corner置為海洋，海岸線多邊形的Corner置為海岸線即可。

海岸線、海洋和湖泊

賦予高度

接下來我們?yōu)槲覀兊牡貓D添加高度的元素，讓我們的地形變得崎嶇。

為了地形隨機但是合理，我們采用了這樣一種策略：

靠近海岸線的地方更容易地勢低，島嶼中心的地方更容易地勢高，這樣是很合理的。

實現(xiàn)方案同樣是廣度優(yōu)先搜索，我們?yōu)槊恳粋€Corener定義了一個elevation的屬性，代表距離海岸線的最短距離，每經(jīng)過一個Corner，這個距離就加上一定的隨機值（這個隨機值范圍越大地形會變得越崎嶇）。

在搜索結(jié)束后，我們把每個Corner的elevation統(tǒng)一到0~1，作為這個點的高度，而每個Center的高度為多邊形所有corner高度的平均值。

需要注意的是，我們在統(tǒng)一Corner高度后需要進(jìn)行一個額外的操作，我們要計算每個Corner下降梯度最大的方向，這會為以后的河流生成做準(zhǔn)備。

高度

河流

在上一步時我們已經(jīng)計算好每個Corner的下降梯度最大的方向，這樣我們的河流生成就簡單了，我們只需要給出幾個參數(shù)：河流的最小生成高度，河流的數(shù)量范圍。然后我們隨機給出河流的起點（確保大于最小高度，以及在陸地上），然后讓河流按梯度向下流淌，流過的每個Corener置為河流，直到流入湖泊或海洋，或者經(jīng)過一定路程

河流

• 到這里我們的地圖已經(jīng)很好了，但是為了游戲性我們?nèi)匀粸槎噙呅翁砑觾蓚€特征

濕度和生物群落

我們?nèi)匀徊捎昧撕妥匀唤缦喾吹倪^程，我們通過多邊形到水源的距離來決定多邊形的濕度，計算的方案和高度計算基本一致。

濕度圖

有了濕度和高度后我們就可以模擬地形上的植物類型了，這里采用了這樣一張圖表來進(jìn)行模擬：

生物群落帶

群落分布

讀者可以自行修改數(shù)據(jù)讓地形變得更干燥或者濕潤

渲染

到目前為止我們都是用圖形化調(diào)試的方式展示，我們還需要渲染出3D網(wǎng)格。

我采用了Unity自帶的Mesh渲染的方式，為一個GameObject添加一個MeshRenderer和MeshFilter組件，修改mesh的頂點以及三角形屬性，把所有的Center和Corner都作為頂點，對于每個多邊形，讓Center頂點和每一條邊組成一個三角形網(wǎng)格（這里注意三角形要按順時針排序頂點，確保法線方向正確），同時為mesh分13個submesh（代表13種群落），根據(jù)多邊形的生物群落決定將三角形網(wǎng)格分配給哪個submesh（mesh.SetTriangles），為MeshRenderer分配13個材質(zhì)，完成渲染。

demo

尾聲

目前不同群落的材質(zhì)我只用純色替代，以后會精致制作每一個材質(zhì)，實現(xiàn)類似低多邊形渲染的效果。

且有很多噪聲、融合的計算還沒有做，如混合邊界等。

文中步驟的圖片都是一共500個多邊形，而最后的效果圖共有2000個多邊形，從編譯、啟動、計算到渲染完成一共耗時20s左右，實際游戲運行中計算耗時會更低，且完全沒有用到unity引擎的庫所以可以放在多線程中完成。