木木的Unity学习笔记（四）—— Unity中的柏林噪声

柏林噪声是一个非常强大算法，经常用于程序生成随机内容，在游戏和其他像电影等多媒体领域广泛应用。算法发明者Ken Perlin也因此算法获得奥斯卡科技成果奖。在游戏开发领域，柏林噪声可以用于生成波形，起伏不平的材质或者纹理。例如，它能用于程序生成地形（例如使用柏林噪声来生成我的世界（Minecraft）里的地形），火焰燃烧特效，水和云等等。柏林噪声绝大部分应用在2维，3维层面上，但某种意义上也能拓展到4维。柏林噪声在1维层面上可用于卷轴地形、模拟手绘线条等。
在Unity中，Unity为我们提供了柏林噪声的方法，但只支持2维层面，方法如下：

// 在Mathf类中，调用方法为Mathf.PerlinNoise(x, y);
public static float PerlinNoise(float x, float y);

参数x和y为柏林噪声采样的2维坐标点的x和y，返回值为0.0 ~ 1.0之间的小数。但是有一点需要注意，在Unity中，柏林噪声可能会生成略大于1.0的小数，如果返回值0.0 ~ 1.0对开发者很重要，那么需要限定一下返回值。并且在每次传入的参数固定相同时，柏林噪声会返回同样的返回值，例如：

private void Update()
{float result = Mathf.PerlinNoise(5.0f, 5.0f); Debug.Log(result);  // 你会发现在Console中输出的值都是一样的
}

接下来，在Unity中实际操作一下。

模拟生成石头纹理

在Unity中新建场景，在场景中添加一个Cube，编写脚本并绑定给Cube，脚本如下：

using System;
using UnityEngine;namespace Com.PerlinNoise.Fumiki
{public class RockMaterialMonitor : MonoBehaviour{/// <summary>/// 图片的宽度/// </summary>[SerializeField] private int pictureWidth = 100;/// <summary>/// 图片的高度/// </summary>[SerializeField] private int pictrueHeight = 100;/// <summary>/// 用于柏林噪声的X采样偏移量（仿伪随机）/// </summary>[SerializeField] private float xOrg = .0f;/// <summary>/// 用于柏林噪声的Y采样偏移量（仿伪随机）/// </summary>[SerializeField] private float yOrg = .0f;/// <summary>/// 柏林噪声的缩放值（值越大，柏林噪声计算越密集）/// </summary>[SerializeField] private float scale = 20.0f;/// <summary>/// 最终生成的柏林噪声图/// </summary>private Texture2D noiseTex;/// <summary>/// 颜色数组/// </summary>private Color[] pix;/// <summary>/// 方块的材质/// </summary>private MeshRenderer meshRend;private void Start(){meshRend = GetComponent<MeshRenderer>();noiseTex = new Texture2D(pictureWidth, pictrueHeight);// 根据图片的宽高填充颜色数组pix = new Color[noiseTex.width * noiseTex.height];// 将生成的柏林噪声图赋值给方块的材质meshRend.material.mainTexture = noiseTex;}private void Update(){// 计算柏林噪声CalcNoise();}/// <summary>/// 计算柏林噪声/// </summary>private void CalcNoise(){float y = .0f;while (y < noiseTex.height){float x = .0f;while (x < noiseTex.width){// 计算出X的采样值float xCoord = xOrg + x / noiseTex.width * scale;// 计算出Y的采样值float yCoord = yOrg + y / noiseTex.height * scale;// 用计算出的采样值计算柏林噪声float sample = Mathf.PerlinNoise(xCoord, yCoord);// 填充颜色数组pix[Convert.ToInt32(y * noiseTex.width + x)] = new Color(sample, sample, sample);x++;}y++;}noiseTex.SetPixels(pix);noiseTex.Apply();}       }
}

效果图：

运行游戏后，在Cube的Inspector面板上分别拖动脚本中的X Org，Y Org和Scale可以看到材质的变化：

模拟我的世界（Minecraft）生成地形

在Unity中新建场景，并创建一个空的GameObject，我命名为WorldRoot，编写脚本并绑定给WorldRoot，脚本如下：

using UnityEngine;namespace Com.PerlinNoise.Fumiki
{public class MapCreator : MonoBehaviour{/// <summary>/// 用以柏林噪声采样的X和Z值（柏林噪声返回的是Y值）/// </summary>private float seedX, seedZ;/// <summary>/// 地图的宽度（X轴方向）/// </summary>[SerializeField] private int width = 50;/// <summary>/// 地图的深度（Z轴方向）/// </summary>[SerializeField] private int depth = 50;/// <summary>/// 地图的最大高度/// </summary>[SerializeField] private int maxHeight = 10;/// <summary>/// 决定了采样间隔 值越大 采样间隔越小/// </summary>[SerializeField] private float relief = 15.0f;private void Awake(){seedX = Random.value * 100f;seedZ = Random.value * 100f;for (int x = 0; x < width; x++){for (int z = 0; z < depth; z++){GameObject cube = GameObject.CreatePrimitive(PrimitiveType.Cube);cube.transform.localPosition = new Vector3(x, 0, z);cube.transform.SetParent(transform);SetY(cube);}}}private void OnValidate(){if (!Application.isPlaying)return;foreach (Transform child in transform)SetY(child.gameObject);}/// <summary>/// 利用柏林噪声设定Y值/// </summary>/// <param name="cube"> 需要被设定Y值的物体 </param>private void SetY(GameObject cube){float y = 0;float xSample = (cube.transform.localPosition.x + seedX) / relief;float zSample = (cube.transform.localPosition.z + seedZ) / relief;float noise = Mathf.PerlinNoise(xSample, zSample);y = maxHeight * noise;// 为了模仿我的世界的格子风 将每一次计算出来的浮点数值转换到整数值y = Mathf.Round(y);cube.transform.localPosition = new Vector3(cube.transform.localPosition.x, y, cube.transform.localPosition.z);Color color = Color.black;if (y > maxHeight * 0.3f){ColorUtility.TryParseHtmlString("#019540FF", out color);}else if (y > maxHeight * 0.2f){ColorUtility.TryParseHtmlString("#2432ADFF", out color);}else if (y > maxHeight * 0.1f){ColorUtility.TryParseHtmlString("#D4500EFF", out color);}cube.GetComponent<MeshRenderer>().material.color = color;}}
}

运行后效果如下：

同前面的石头纹理，运行后选中WorldRoot，在Inspector面板分别拖动MaxHeight或Relief会对地形产生一定的影响，效果如下：

在正版的我的世界中，制作人也是使用的柏林噪声生成地形，是不是跃跃欲试了呢，快去试试这个新奇的东西吧。