[收藏]3D地形相关技术

天云上人

  * 地形纹理
* ~. j' T8 X$ e- F, `& o3 w. H大概分两种类型：rts型和fps型

**第一种：rts型。
和二维做法差不多，把地图分为很多Block,每块Block可能又由m*n个Tile组成。每块Block使用一张纹理。适合rts等俯视类型游戏，《魔兽3》、《魔域帝国》用到。
优点：图像精细，适合表现细致的场景。
缺点：渲染时纹理切换频繁。没法做大面积LOD(Level of Detail),LOD被限制在Block内。由于Block边缘顶点纹理坐标问题，导致Block间没法共用顶点。

+ K3 J: ?' ]9 R  s0 ~2 Z地貌间过渡处理: 如草地过渡到土地,简单的方法是让美术做好所有可能用到的不同地貌过渡的图片，程序计算拼接。复杂点的做法是程序计算纹理融合，在渲染是用多层纹理来解决过渡问题，《Empire Earth》，《C&C将军》使用类似做法。

特效处理：
4 N) ]5 x  k2 i2 P1 r' `水深效果：使用顶点色形成水下体积雾效果。

  J! f6 z* |6 J**第二种：fps型。
整个地形用一张基本纹理（如:1024*1024）铺满，这张纹理是由程序计算生成（Terrain Texture Generation）。适合室外大场景游戏，如室外fps，飞行模拟。《Battle Field 1942》用到。
6 u. L' h  `1 @# c. ?0 m6 \, @优点：任意的LOD范围。无纹理切换问题。可以把计算好的地形LightMap融入基本纹理，一次渲染。
! v# N/ e1 I: p/ l8 z缺点：图像精度不够，解决方法是在渲染时上面加一层细节贴图，如:BumpMap，《Ground Control》用到。
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0 U7 \0 ~, v3 W7 X9 I  }$ z*下面是一些常见的问题
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**纹理生成计算方法
基本纹理每点像素由所处的海拔高度和坡度约束计算而得。可以理解为有一张横坐标为高度，纵坐标为坡度的纹理表，每点像素查表而来。资料见后。
( @9 K* v- `3 o3 v- z7 j' |
**地形LightMap
6 {- M2 h+ v' @$ F明暗（Shading)：首先计算每个顶点的平均法向量，注意是共点平面的平均法向量，而不是某个面的法向量，然后用你的光照模型计算公式计算该点光照强度，如：I = cos<light,normal>*Isun + ambient。顶点间光照用插值计算，如法向插值phong算法。
6 O' ]9 X, Q2 v阴影（Shadow）：没看到太好的算法，一般光线求交算法速度太慢,目前我的想法是用硬件
; w9 x$ K4 c2 j' o: L' t+ D作ShadowVolume，渲染到一张纹理，然后保存。如果你有好的方法请告诉我。

( b/ Q. Y' ^; Q. D! @**物体阴影
; l) C! ~% u& ]# R& @& F; u对静态物体，如房屋可事先渲染好融入Terrain LightMap。
* f6 p0 w2 s8 Q5 o$ i对动态物体，可用Projection Shadow，简单说就是从光源方向把物体影子渲染到一张纹理，然后通过使用纹理坐标生成(TexCoordGen)和修改相应Texture Coordinates Matrix，把这张图贴到地面渲染。

**地形渲染
; p% {2 s4 b3 i用Indexed方式按块渲染，注意顶点提交顺序，增加GPU Vertex Cache命中率。如果有LOD，因为每次顶点数据是变化的，d3d实现时用Dynamic Vertex Buffer，把顶点放入AGP内存。

**LOD(Level of Detail)
4 a0 P  S7 q& V1 T" L) T% sROAM算法不适合现代硬件加速显卡，不要用。
可以看一下GeomMipMap LOD和T-Strip LOD。网址见后。
) p) @" O: O  m! j. p( p1 E- E
2 x, ]9 Q3 Z# E. F# k8 I( p' u**射线与地形求交算法
; \) P7 F; D8 f8 `! g4 h3 f把射线垂直投影到2d地面网格，顺着射线方向检测经过的每个格子，如果光线在格子里面的最低处大于格子四个顶点的最高处，则不可能有交点。
% y$ N* }; Q8 i$ ]' ^" p/ _
资料：
7 B4 D( {+ \3 a" p" q  a( Y+ IT-Strip LOD: http://chat.carleton.ca/~eszoka/tstriplod/tstrip.htm
GeoMipMap LOD: http://www.flipcode.com/tutorials/geomipmaps.pdf
6 r/ o, D2 J( b& n; y8 K$ DTerrainTextureGenerator(Full Source Code):http://www.insanesoftware.de/index.php?page=freetools/terrain.php
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