用ECS做HexMap：不规则化

基于Unity2019最新ECS架构开发MMO游戏笔记23

准备工作
失败品
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准备工作

如果大佬对ECS版的海克斯无限地图感兴趣，不妨参与进来，欢迎Star/Folk源码
0下载Unity编辑器(2019.1.12f1 or 更新的版本)，if（已经下载了）continue；
1克隆：git clone https://github.com/cloudhu/HexMapMadeInUnity2019ECS.git --recurse 或下载Zip压缩包
2如果下载的是压缩包，需要先将压缩包解压。然后将HexMapMadeInUnity2019ECS添加到Unity Hub项目中；
3用Unity Hub打开的开源项目：HexMapMadeInUnity2019ECS，等待Unity进行编译工作；
4打开项目后，启动场景在Scenes目录下，打开AdvancedHexMap场景（优化重构的版本）。

失败品

昨天度过了非常纠结的一天，先展示下失败的作品吧：

失败在哪里呢？理想中的效果应该是这样的：

需求是要实现不规则化，同时应该保留一定的规律性，比如六边形单元不再是规则的六条边，而是不规则的多边形，但是整个表面是相对平整的。失败的本质原因是ECS无法使用Texture2D相关方法，例如Texture2D.GetPixelBilinear()，大概是因为Texture2D是OOP架构下的对象，或者是Texture2D只能在主线程上运行，总之是无法使用。

这使得原本应该在CellSystem中进行的噪声干扰，不得不延迟到OOP世界中来做，这样的后果就是无法准确的进行特定干扰。
虽然是失败的案例，还是从头进行代码Review吧，首先需要噪声，这里原版教程已经提供，直接使用：

图的设置也必须按照原版教程的设置：

然后通过代码来进行噪声采样，写在HexMetrics脚本里：

    #region 噪声干扰/// <summary>/// 海拔干扰度/// </summary>public const float elevationPerturbStrength = 1.5f;/// <summary>/// 噪源/// </summary>public static Texture2D noiseSource;/// <summary>/// 噪声缩放/// </summary>public const float noiseScale = 0.003f;/// <summary>/// 噪声采样/// </summary>/// <param name="position">顶点位置</param>/// <returns>双线性过滤</returns>public static Vector4 SampleNoise(Vector3 position){return noiseSource.GetPixelBilinear(position.x * noiseScale, position.z * noiseScale);}public const float cellPerturbStrength = 3f;#endregion

这样我们就可以在OOP中调用了，直接对每一个顶点进行干扰，而不是像原作者那样只对特定区域的顶点进行干扰。
这是很尴尬的事情，但是先这样做吧，代码写在MainWorld脚本里

    /// <summary>/// 噪声干扰/// </summary>/// <param name="position">顶点位置</param>/// <returns>被干扰的位置</returns>Vector3 Perturb(Vector3 position){Vector4 sample = HexMetrics.SampleNoise(position);position.x += (sample.x * 2f - 1f) * HexMetrics.cellPerturbStrength;position.y += (sample.y * 2f - 1f) * HexMetrics.cellPerturbStrength;position.z += (sample.z * 2f - 1f) * HexMetrics.cellPerturbStrength;return position;}

接下来对获取到的每一个顶点进行暴力的、统一的干扰，生成怪异的、完全不规则的地图：

Vector3 vertex = Perturb(vertexBuffer[j]);

顶点是从动态缓存中获取的，这个在之前的ECS博文中讲过了。
我也想过使用柏林噪声，然后在Job中使用，这样就没有Texture2D的限制了，而且还利用了多线程的优势。
所以在原作者那里直接Copy了一份柏林噪声的算法：

    #region Perlin Noise/// <summary>/// Perlin哈希表/// </summary>private readonly static int[] hash = {151,160,137, 91, 90, 15,131, 13,201, 95, 96, 53,194,233,  7,225,140, 36,103, 30, 69,142,  8, 99, 37,240, 21, 10, 23,190,  6,148,247,120,234, 75,  0, 26,197, 62, 94,252,219,203,117, 35, 11, 32,57,177, 33, 88,237,149, 56, 87,174, 20,125,136,171,168, 68,175,74,165, 71,134,139, 48, 27,166, 77,146,158,231, 83,111,229,122,60,211,133,230,220,105, 92, 41, 55, 46,245, 40,244,102,143, 54,65, 25, 63,161,  1,216, 80, 73,209, 76,132,187,208, 89, 18,169,200,196,135,130,116,188,159, 86,164,100,109,198,173,186,  3, 64,52,217,226,250,124,123,  5,202, 38,147,118,126,255, 82, 85,212,207,206, 59,227, 47, 16, 58, 17,182,189, 28, 42,223,183,170,213,119,248,152,  2, 44,154,163, 70,221,153,101,155,167, 43,172,  9,129, 22, 39,253, 19, 98,108,110, 79,113,224,232,178,185,112,104,218,246, 97,228,251, 34,242,193,238,210,144, 12,191,179,162,241,81, 51,145,235,249, 14,239,107, 49,192,214, 31,181,199,106,157,184, 84,204,176,115,121, 50, 45,127,  4,150,254,138,236,205, 93,222,114, 67, 29, 24, 72,243,141,128,195, 78, 66,215, 61,156,180};/// <summary>/// 哈希遮罩/// </summary>private const int hashMask = 255;#region Perlin1Dpublic static float Perlin1D(Vector3 point, float frequency){point *= frequency;int i0 = Mathf.FloorToInt(point.x);float t0 = point.x - i0;float t1 = t0 - 1f;i0 &= hashMask;int i1 = i0 + 1;float g0 = gradients1D[hash[i0] & gradientsMask1D];float g1 = gradients1D[hash[i1] & gradientsMask1D];float v0 = g0 * t0;float v1 = g1 * t1;float t = Smooth(t0);return Mathf.Lerp(v0, v1, t) * 2f;}private static float[] gradients1D = {1f, -1f};private const int gradientsMask1D = 1;#endregion#region Perlin2Dpublic static float Perlin2D(Vector3 point, float frequency){point *= frequency;int ix0 = Mathf.FloorToInt(point.x);int iy0 = Mathf.FloorToInt(point.y);float tx0 = point.x - ix0;float ty0 = point.y - iy0;float tx1 = tx0 - 1f;float ty1 = ty0 - 1f;ix0 &= hashMask;iy0 &= hashMask;int ix1 = ix0 + 1;int iy1 = iy0 + 1;int h0 = hash[ix0];int h1 = hash[ix1];Vector2 g00 = gradients2D[hash[h0 + iy0] & gradientsMask2D];Vector2 g10 = gradients2D[hash[h1 + iy0] & gradientsMask2D];Vector2 g01 = gradients2D[hash[h0 + iy1] & gradientsMask2D];Vector2 g11 = gradients2D[hash[h1 + iy1] & gradientsMask2D];float v00 = Dot(g00, tx0, ty0);float v10 = Dot(g10, tx1, ty0);float v01 = Dot(g01, tx0, ty1);float v11 = Dot(g11, tx1, ty1);float tx = Smooth(tx0);float ty = Smooth(ty0);return Mathf.Lerp(Mathf.Lerp(v00, v10, tx),Mathf.Lerp(v01, v11, tx),ty) * sqr2;}private readonly static Vector2[] gradients2D = {new Vector2( 1f, 0f),new Vector2(-1f, 0f),new Vector2( 0f, 1f),new Vector2( 0f,-1f),new Vector2( 1f, 1f).normalized,new Vector2(-1f, 1f).normalized,new Vector2( 1f,-1f).normalized,new Vector2(-1f,-1f).normalized};private const int gradientsMask2D = 7;private static float sqr2 = Mathf.Sqrt(2f);#endregion#region Perlin3Dprivate static Vector3[] gradients3D = {new Vector3( 1f, 1f, 0f),new Vector3(-1f, 1f, 0f),new Vector3( 1f,-1f, 0f),new Vector3(-1f,-1f, 0f),new Vector3( 1f, 0f, 1f),new Vector3(-1f, 0f, 1f),new Vector3( 1f, 0f,-1f),new Vector3(-1f, 0f,-1f),new Vector3( 0f, 1f, 1f),new Vector3( 0f,-1f, 1f),new Vector3( 0f, 1f,-1f),new Vector3( 0f,-1f,-1f),new Vector3( 1f, 1f, 0f),new Vector3(-1f, 1f, 0f),new Vector3( 0f,-1f, 1f),new Vector3( 0f,-1f,-1f)};private const int gradientsMask3D = 15;public static float Perlin3D(Vector3 point, float frequency){point *= frequency;int ix0 = Mathf.FloorToInt(point.x);int iy0 = Mathf.FloorToInt(point.y);int iz0 = Mathf.FloorToInt(point.z);float tx0 = point.x - ix0;float ty0 = point.y - iy0;float tz0 = point.z - iz0;float tx1 = tx0 - 1f;float ty1 = ty0 - 1f;float tz1 = tz0 - 1f;ix0 &= hashMask;iy0 &= hashMask;iz0 &= hashMask;int ix1 = ix0 + 1;int iy1 = iy0 + 1;int iz1 = iz0 + 1;int h0 = hash[ix0];int h1 = hash[ix1];int h00 = hash[h0 + iy0];int h10 = hash[h1 + iy0];int h01 = hash[h0 + iy1];int h11 = hash[h1 + iy1];Vector3 g000 = gradients3D[hash[h00 + iz0] & gradientsMask3D];Vector3 g100 = gradients3D[hash[h10 + iz0] & gradientsMask3D];Vector3 g010 = gradients3D[hash[h01 + iz0] & gradientsMask3D];Vector3 g110 = gradients3D[hash[h11 + iz0] & gradientsMask3D];Vector3 g001 = gradients3D[hash[h00 + iz1] & gradientsMask3D];Vector3 g101 = gradients3D[hash[h10 + iz1] & gradientsMask3D];Vector3 g011 = gradients3D[hash[h01 + iz1] & gradientsMask3D];Vector3 g111 = gradients3D[hash[h11 + iz1] & gradientsMask3D];float v000 = Dot(g000, tx0, ty0, tz0);float v100 = Dot(g100, tx1, ty0, tz0);float v010 = Dot(g010, tx0, ty1, tz0);float v110 = Dot(g110, tx1, ty1, tz0);float v001 = Dot(g001, tx0, ty0, tz1);float v101 = Dot(g101, tx1, ty0, tz1);float v011 = Dot(g011, tx0, ty1, tz1);float v111 = Dot(g111, tx1, ty1, tz1);float tx = Smooth(tx0);float ty = Smooth(ty0);float tz = Smooth(tz0);return Mathf.Lerp(Mathf.Lerp(Mathf.Lerp(v000, v100, tx), Mathf.Lerp(v010, v110, tx), ty),Mathf.Lerp(Mathf.Lerp(v001, v101, tx), Mathf.Lerp(v011, v111, tx), ty),tz);}#endregionprivate static float Dot(Vector3 g, float x, float y, float z){return g.x * x + g.y * y + g.z * z;}private static float Dot(Vector2 g, float x, float y){return g.x * x + g.y * y;}/// <summary>/// 平滑/// </summary>/// <param name="t">参数</param>/// <returns></returns>private static float Smooth(float t){return t * t * t * (t * (t * 6f - 15f) + 10f);}#endregion

这个计算相当复杂，我数学不太好，抱着能用就行的心态这么做了，把方法直接放到CellSystem中：

    //噪声频率private float frequency = 5f;//高度private const float height = 0.2f;/// <summary>/// 噪声干扰/// </summary>/// <param name="position">顶点位置</param>/// <returns>被干扰的位置</returns>Vector3 Perturb(Vector3 position){position.x += (height * HexMetrics.Perlin3D(position, frequency)* 2f - 1f) * HexMetrics.cellPerturbStrength;position.y += (height * HexMetrics.Perlin3D(position, frequency)* 2f - 1f) * HexMetrics.cellPerturbStrength;position.z += (height * HexMetrics.Perlin3D(position, frequency)* 2f - 1f) * HexMetrics.cellPerturbStrength;return position;}

然后再在对应的位置进行干扰，而不是全局干扰，结果仍然不理想。这是因为这个算法得出的是散列的噪点，而不像那张噪声图一样，虽然都是Perlin的算法，却成为一个整体。可以利用UV去找到对应的点，从而进行干扰。
这里对每一个点单独进行干扰，必然会造成混乱的结果，并非我们的需求。
那么就还原一张噪声贴图，再利用贴图上的点来进行干扰？
这是可行的，但是同样也是复杂的，考虑到自己的数学水平，还是放弃这么做了。如果有数学比较好的大佬，可以对这部分进行优化，这个噪声的bug先保留在项目中，我也新建了一个Issue，等待诸君来解决。

同样也在官方论坛发帖，希望官方有对应的解决方案，这里留一个官方DOTS论坛的超链接给大家，有问题可以去发帖。
这一篇暂时先这样，后续如果有改进方案，再来更新，下面是分界线：
——————————————————二〇一九年八月三十日 10:39:33——————————————————————

ECS专题目录

ECS更新计划

作者的话

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