育碧GDC2018程序化大世界生成孤岛惊魂5

1.传统手动绘制森林的问题

采用手动绘制的方法的话，每次迭代地形都要手动再绘制森林。这个操作很繁琐。并且如果是多个人在迭代地形，不能保证每次森林生成的质量。

2.使用程序化生成管线

解决办法和标准：
1.开发全局控制工具。
2.自动生成的森林符合地形拓扑结构
3.整个管线自动化
4.用户友好

3.工具

2.1淡水工具

2.2篱笆和电线工具

2.3悬崖和陡峭表面工具

2.4植物（撒点）的生态系统工具

2.5雾气浓度生成器

2.6基于地图的地形生成器（带微型树木撒点工具）

4.如何使用工具填充世界

4.1使用Dunia的编辑工具构建地形

4.2使用曲线&样条来绘制河流网

4.3植被刷
粗粒度的笔刷在地形上刷植被。最后程序化生成。植被的生成遵循很多的规律。比如：高海拔的树木较小且稀疏。水体旁边的生态系统。植被不会在悬崖侵蚀线上产生。

4.4细节笔刷，可以让美术清除任一区域的某种生物。

4.5绘制道路。道路绘制好后，会重新烘焙生态。

4.6改变地形贴图的笔刷

4.7篱笆
通过输入样条来创建篱笆。可以选择不同的篱笆种类。

4.8电线杆
样条输入生成电线杆。相邻的电线杆会自动连接。电线杆生成好后，刷新树木就会解决树木可能会和电线杆重合的BUG。

4.9调整地形

在湖中心生成了小岛，和改变了地形。然后重新生成了植被。

5.怎么做？

5.1实现了houdini引擎到Dunia引擎之间的通信。

一些输入会通过Python脚本从Dunia发送到Houdini中。
1.世界的信息（世界的名字和大小）
2.文件路径
3.地形区域（想要程序化生成的区域）
4.样条和形状的元信息作为几何属性

通过文件从Dunia到Houdini：
1.高度图
2.生态分层
3.2D的地形遮罩
4.houdini程序化工具生产的几何体

地形与地形区域划分密切相关。用户可烘焙地形的最小的粒度是64x64。所以这里可以只烘焙64x64的区域。保证别的区域不变。

houdini中输出的资产：
1.点云
2.地形贴图
3.地形高度图
4.2D地形数据用RGB或者灰度图存
5.几何体
6.地形逻辑区域（地形Mask）地形的ID图，用于环境预设和后处理

全都单独存下来，然后让用户自己加载。避免一次加载太多，导致太占内存。

点云包括：植物，岩石，收集品，贴花，特效，预制体，甚至是环境中适合的动物。
这些点会包括每个物体的资产ID。

工具的使用顺序也很重要，因为上一个工具的产出会影响下一个工具的计算。

6.峭壁工具

这部分会介绍
1.以前的技术
2.工具输入
3.分层
4.几何形状
5.着色方法
6.地形数据
7.侵蚀
8.植被生长表面
9.导出数据

之前的技术约等于0，之前都是手动摆放的岩石。

从斜率开始，筛选出陡峭的地方，然后删除低于阈值的表面。这里的陡峭也符合游戏的逻辑，这些表面是不允许玩家通行的，所以也要给玩家相应的视觉效果。

因为斜坡是从地形拉伸的，所以三角形也被拉伸得较大。这里使用remesh解决得到规整的三角面。

真实的地形中有可见的水平线条是地形分层。是由沉积岩和土长时间的作用形成。

做了一个将输入的几何体分割成多个地层的工具。

每个地层都有随机的厚度，并分配一个地层ID。

使用houdini对不同角度的地层界限做噪声。并把输入的峭壁分成了两个模型。将两组峭壁应用不同随机种子的地层工具，就不会显得很规整，比较随机。

目前的模型还是高模，然后会减少三角形的面数。导出时会对峭壁部分份模型，每个Sector一个Mesh。主要是为了游戏的加载。

峭壁的渲染
这里峭壁没有顶点色信息，为了减少峭壁模型的内存开销。

模拟流动来扩展峭壁的范围。会进行峭壁的撒点，但是原来的地形颜色会保留。这部分撒点会以点云的形式导出。

从峭壁遮罩创建峭壁材质ID。使用噪声将两个峭壁贴图混合，为了消除贴图的重复感。

峭壁中也有可行的路径，会算出可行的区域，简单检测上方是否有遮挡物，或者直接用RAY cast。就会有了峭壁边缘上也有植物生长。

最后导出的数据有：
几何体，碰撞体，岩石和植物的点云，地形贴图ID，峭壁颜色和峭壁遮罩。

7.生态工具

7.1从各种贴图来生成地形

生成了遮蔽、流动、坡度、曲率、照明信息（有时候也作为坡向）。还会生成诸如海拔、经纬度、风向图。
这些属性会作为生物计算的基础。

从磁盘加载的贴图，就知道了用户绘制的数据和以前生成的结果。

用户绘制的区域是一个大区域，算法中会分为主生态和次生态去生成。
主生态覆盖了75%到85%的大部分世界。而次生态会基于非生物的地形信息。

比如：在用户架设电线时，用草地替代（穿插部分的）森林。

次生态的生产线。比如：树木->树苗->灌木->草。

这个HDA会对植物撒点，修改和创建地形数据，定义每个物种的生命力。

每个物种适应的环境不同。在不同的区域优势种不同。这些都可以通过一些属性计算得出。

为了算出物种之间相互的对抗，引入了半径。
如下图:物种A的生命力高于物种B。当物种B出现在A的半径中的时候就会被标红（也就是被移除）。这是同级树木的情况。

物种A树下可能会有灌木，草等。所以引入了优先级和优先级范围。
如下图，A生物的优先级范围比它的生命力范围小了很多。同优先级的物种再用生命力来评估。
下图的黄色生物（灌木）的优先级最高，就可以在树木下生长。如果不想让灌木长得离蓝色树很近，就给他一个较大的优先级范围。

不同的遮罩相乘（峭壁，山路，等等规则），以及使用噪声，来达到一个趋近自然的生命力数据。

地形也会影响树木的大小。

小树，树苗多在森林的边缘。大树，老树多在树林的中心生长。海拔也会影响树木的大小。（大小指：不同高度，年龄，大小的树木资产）
生命力也会与大小挂钩。

大小阶层之间的树也有一个可调整的过渡。同阶的树也有一个可调整的随机。

这里树也分为了活树和枯树。可以调整两种的比例。

林冠和生态演替：
就像之前说的大树常在树林中心，小树常在树林边缘。但中间也可能生长小树。

生命力的图也不是平滑的。所以引入了“年龄”的变量。
年龄可以与生命力的属性相乘或者插值。
调整年龄的插值就可以调整边缘的影响级别。通过调整年龄sdf的最大年龄距离就可以控制森林边缘的形态

调整树林的密度
如果密度很大，小树可能合适，但是大树就会有穿插重叠。撒点数也和性能相关。所以需要严格控制这点。

简单的Ramp可以控制

颜色的变化：
如下图使用水体SDF作为Ramp的基础，来制作水边草地和潮湿土地的效果。

这里的坐标轴的前向都是对准坡度方向的。就可以使用这个坐标安放草的资产。
草的方向就会受坡度的影响。
这里的坐标会有一个值调整受坡度影响的程度。
也会有随机，让每个坐标不同。

山坡上的树也会倾斜，但还没有在游戏中实现。
同时，草还受风向图的影响。
风是基于全局的，也会在局部区域进行细调。

以这棵树为例，他的生成影响了地形，周围抬高。地形贴图，地形上覆盖着松针。影响了地上的物体（松果和树枝），树荫抑制或者促进树下植被的生长。

为了达到这些效果，做了这样的操作。

1.地形变形
通过密度生成遮罩，得到了遮罩就可以抬高树木的根部。

2.地形贴图
为了让树根和地形完美的贴合。
根据密度得到遮罩，然后选择贴图的种类和数量。来在遮罩上得到地形最后的样子。

3.地形数据Output
为了让树木旁边有受树木影响的物体。这一步对地形添加来自树木的新属性。这里的遮罩会保存下来。影响岩石等等的生命力。

森林边缘的遮罩，为了在森林边缘播撒其他资产。
还可以在这步创建幼苗来模拟生态演替。

4.地形颜色（会和地形贴图混合的颜色）

地形的湿度会影响到地形的颜色。湿度对受很多因素影响（树木，峭壁，坡度…）。

所有的地形和程序化贴图也会反应在草的表现上。因为草的Shader会获取地形的颜色，然后和地形颜色的混合程度可以通过草的遮罩来控制。

最后是导出的资源：

8.一些改变的计划

1.笔刷的改变

最开始，生态工具支持柔和笔刷。为了把多个生态融合在一起。

但表现并不好，因为很多的生态被错误的融合了。左图只有3个生态，但最后的结果很难看出到底有几个生态。
所以一次性的区分好生态是利于调试的。

2.地形数据

地形非生物信息的生成。
一开始是用一个按钮来单独生成。但发现用户不知道多久去生成地形数据。很多修改可能不需要再去生成这个数据，还是去做了这一步。或者地形改变了就需要玩家去做这一步，但是没有做。这一步也增加了整个流程的不畅通性。
最后就讲这步的数据融合到了需要数据的地方。

9.总结

9.1能力越大责任越大

9.2设计好优雅的工具才能创造可能性

9.3保持简单

很多系统都被过度设计，一开始就设计好所有的规则，对所有的东西有个清晰的认识，然后清理，简化，让系统简单。

9.4倾听/观察用户

比如：地形中会自动生成河流，但是美术师们更喜欢手动修改地形并放置河流。

9.5更灵活

最开始的计划并不总是最好的、

9.6需要在控制和自动化之间保持平衡。

很多系统之间是相互独立的。减少一个地方的修改别的系统也会跟着变的情况。
减少手工的工作量就是自动化工具的目的。