地形生成技術(一)

地形生成需要大量的矩陣協同工作，來生成地形的高度，紋理等資訊，這在引擎或遊戲生成地形的模組中都是基本前提。

表面上看地形是由等距離的頂點構成的簡易網格，但是實際的地形生成需要的網格頂點更加複雜。地形網格是用一種

連續細節層次演算法

構造的，也稱為

CLOD(

Continuous Level of Detail

)

，可以簡單認為這是一個動態的多邊形網格，它提供了更多頂點的區域，有更多的細節。透過這種技術，地形的儲存就得到了最佳化，使得平坦的區域可以用相對較少的頂點來表示。如下圖所示：

上圖為Unity中的地形刷繪，可以看到平坦區域網格會更加稀疏，而山坡等複雜位置，網格與頂點會更加密集。這就是CLOD技術在地形上的應用。根據CLOD的定義來講，可能會覺得技術細節實現起來比較複雜，但是我們可以把複雜問題簡單化，如何做呢？可以把整塊地形當作一個2D區域，如下圖所示：

接下來需要做的就是將地形作為包含高度值的2D矩陣來看待。如下圖：

這樣的矩陣叫做

HeightMap

（高程圖），通常會看到它們以這樣的灰度圖表示。

有點像噪聲圖有沒有？圖中的顏色越白，那個區域的頂點就越高。如下圖所示：

而黑色代表的就是低窪的地形點。黑白只是HeightMap的感官表現，內部表示就是我們看到的2D數值矩陣，矩陣中的每個值（浮點數或整數）對應了可視高度圖灰度的大小，正常情況下這些值的範圍在0~1之間，0代表最低點，1代表最高點。他們代表著一種可以與最大高度值組合，來設定地形實際物理高度值比例的方式。例如，如果HeightMap中的某個值是0。5，而最大地形高度是500，那麼地形網格，代表對應那個點的頂點將被設定為250。如下圖：

因此，我們可以定義不同的地形最大高度並使用相同的HeightMap，來建立不同的地形景觀，如圖所示：

使用相同的HeightMap定義不同的最大地形物理高度

注意：雖然使用了相同的HeightMap，但是由於實際的最大地形物理高度不同，所以CLOD所計算生成的網格並不一致。但是無論地形多大都還是應該視為一個正方形的2D矩陣。

因為地形網格是呈方形的，所以HeightMap的解析度寬和高是一致的，而地形解析度的計算方式是沿地形邊沿的方格數來計算的。一般為了提高效率，解析度的值一般為2的倍數，但是比較令人迷惑的一點是地形HeightMap的解析度是1加上地形解析度512，所以HeightMap解析度的最終結果是（513，513）。如下圖所示：

為了理解這一點，假設有個小地形，是兩兩成對的，所以地形解析度為（2，2），如圖所示。

但是HeightMap的解析度並不能直接等同於（2，2）。是因為方塊網格是由頂點所組成的，也就是它的寬和高各自都有3個頂點，如下圖：

上面說到HeightMap矩陣中的每個值對應的是地形網格中的頂點，所以（2，2）的網格數對應的（3，3）的頂點數，最終HeightMap的解析度也就等於（3， 3）。

上圖可以看到，高度圖中的值必須與每個維度中的頂點數對齊。

另外再來看看影響地貌的其它方式。比如，我們有下面幾張植被圖，它們需要在不同的地形區域顯示不同的植被外貌，並展示他們混合的方式，實現方式在這一章中不會做過多的介紹，這些內容將會在後面做詳細講解。