前言
最近跟团队想要开发一个开放世界的游戏，这是很有趣的游戏概念，然而参考了《塞尔达传说 荒野之息》的设定后发现，这个游戏的成功很大程度是美工和设计大量的工作，才形成了这个很有趣的大陆，然而我们的团队没有办法手工搭建出这么大的场景，于是我萌生了一个很自然的想法：写一个自动生成还算合理的地形的脚本。
起初我尝试了Perlin噪声直接生成高度图的做法，然而产生的地形太过极端，脚本的开发也进入了僵局，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
这篇文章是在flash上实现了一个自动随机多边形地图的demo，我跟着这篇文章的思路，基本上复制了一个unity3D的版本，以后可能会再写出一个unreal的版本。
效果图
demo
基础多边形细胞图
既然要产生一个多边形为基础的地图，那么第一步当然是产生一个由多边形填满的二维图，术语上这种图形叫做维诺图（Voronoi Diagram）,我更喜欢叫他细胞图。
Voronoi
这种图形的生成原理网上有很多，我参考了这篇文章：
http://blog.csdn.net/k346k346/article/details/52244123
需要注意的是，采用这种方法生成出的图形太过随机，我们需要让他看起来齐整一些，这采用了叫做Lloyd的放松算法，这是一种聚类算法，简单来讲就是经过数次迭代，每次迭代将维诺图的中心点移动到所在多边形的中心，重新计算维诺图。实际实验后发现2次迭代已经完全能达到效果。
数据结构
源代码中的VoronoiElement文件里保存了数据结构，大部分都具有注释，需要解释的Center类代表了维诺图的中心点，也就是Delaunay三角网的顶点，而Corner类代表三角形的外心，也就是图中多边形的交点。这样做的目的事实上产生了两张图的信息，三角图 和多边形图，后期开发时三角图可以用作寻路而多边形图主要用于渲染。
区分陆地和水
第二步我们要为我们的地图添加大陆和水的区别，自然界中的地表水的形成是有很多因素的，然而我们模拟时只能采用随机模拟。
原文中给出了很多模拟的思路，我才用了柏林噪声的方式进行模拟，首先为地图上每一个Corner点计算一个Perlin噪声值，设定一定的参数决定这个噪声值是否能使这个Corner具有水的属性。我才用的方式是比较（PerlinNoise）与（waterScale + waterScale * Distance(地图中心，该点)）大小，这样既可以修改waterScale的参数值来修改生成地图的水量多少，同时也确保在地图边缘更容易出现水，让我们的地图看起来像是一个海上的大陆（我默认地图边缘都是水）。
在决定好Corner点的属性后，我们把与水Corner相接的Center（也就是多边形）记为水属性，可以通过Corner的touches链表获取到与其相接的Center。
区分水和大陆
区分海洋、内陆湖、海岸线
首先我们规定与地图边界接壤的多边形为海洋，所有与海洋接触的水均为海洋，与海洋接触的陆地是海岸线，其余的水为湖泊。
这里采用了一种种子填充的算法来计算。实际上这是一种广度优先搜素的策略，我们首先将地图边缘的Center添加到一个Queue队列中，接下来执行一个循环，直到队列中没有剩余元素。循环时每次取出队列的尾部Center，检查与该Center直接接触的临近多边形（这可以在neighbors链表中找到），若临近Center为水且不为海洋，代表这是一个还未处理过的Center，将他置为海洋并加入队列，若临近Center不为水，则置为Coast并加入队列。
在处理完全部的Center后，我们只需把海洋多边形的Corner置为海洋，海岸线多边形的Corner置为海岸线即可。
海岸线、海洋和湖泊
赋予高度
接下来我们为我们的地图添加高度的元素，让我们的地形变得崎岖。
为了地形随机但是合理，我们采用了这样一种策略：
靠近海岸线的地方更容易地势低，岛屿中心的地方更容易地势高，这样是很合理的。
实现方案同样是广度优先搜索，我们为每一个Corener定义了一个elevation的属性，代表距离海岸线的最短距离，每经过一个Corner，这个距离就加上一定的随机值（这个随机值范围越大地形会变得越崎岖）。
在搜索结束后，我们把每个Corner的elevation统一到0~1，作为这个点的高度，而每个Center的高度为多边形所有corner高度的平均值。
需要注意的是，我们在统一Corner高度后需要进行一个额外的操作，我们要计算每个Corner下降梯度最大的方向，这会为以后的河流生成做准备。
高度
河流
在上一步时我们已经计算好每个Corner的下降梯度最大的方向，这样我们的河流生成就简单了，我们只需要给出几个参数：河流的最小生成高度，河流的数量范围。然后我们随机给出河流的起点（确保大于最小高度，以及在陆地上），然后让河流按梯度向下流淌，流过的每个Corener置为河流，直到流入湖泊或海洋，或者经过一定路程
河流
- 到这里我们的地图已经很好了，但是为了游戏性我们仍然为多边形添加两个特征
湿度和生物群落
我们仍然采用了和自然界相反的过程，我们通过多边形到水源的距离来决定多边形的湿度，计算的方案和高度计算基本一致。
湿度图
有了湿度和高度后我们就可以模拟地形上的植物类型了，这里采用了这样一张图表来进行模拟：
生物群落带
群落分布
读者可以自行修改数据让地形变得更干燥或者湿润
渲染
到目前为止我们都是用图形化调试的方式展示，我们还需要渲染出3D网格。
我采用了Unity自带的Mesh渲染的方式，为一个GameObject添加一个MeshRenderer和MeshFilter组件，修改mesh的顶点以及三角形属性，把所有的Center和Corner都作为顶点，对于每个多边形，让Center顶点和每一条边组成一个三角形网格（这里注意三角形要按顺时针排序顶点，确保法线方向正确），同时为mesh分13个submesh（代表13种群落），根据多边形的生物群落决定将三角形网格分配给哪个submesh（mesh.SetTriangles），为MeshRenderer分配13个材质，完成渲染。
demo
尾声
目前不同群落的材质我只用纯色替代，以后会精致制作每一个材质，实现类似低多边形渲染的效果。
且有很多噪声、融合的计算还没有做，如混合边界等。
文中步骤的图片都是一共500个多边形，而最后的效果图共有2000个多边形，从编译、启动、计算到渲染完成一共耗时20s左右，实际游戏运行中计算耗时会更低，且完全没有用到unity引擎的库所以可以放在多线程中完成。
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