游戏中随机地图的实现

很多游戏都用到了随机地图，比如矮人要塞，CDDA，MineCraft，RimWorld。
随机地图带给游戏更多的趣味性，每一次新建游戏都有不同的体验。
一般游戏中生成随机地形都是使用柏林噪声，接下来我们就来看看怎么实现。

游戏中随机地图的实现
- 白噪声
- 柏林噪声
- 柏林噪声的应用
- 随机地图的生成
- 参考

白噪声

首先我们先来使用一个白噪声函数试试生成一张完全随机的图片。

public float[][] GenerateWhiteNoise(int width,int height,int seed){Random r = new Random(seed);float[][]noise=new float[width][];for (int i = 0; i < width; i++){noise[i] = new float[height];}for (int i = 0; i < width; i++){for (int j = 0; j < height; j++){noise[i][j] = (float)r.NextDouble() % 1;}}return noise;}

private void mapPanel_Paint(object sender, PaintEventArgs e){Graphics g = e.Graphics;Bitmap bm = new Bitmap(500, 500);float[][] noises = GenerateWhiteNoise(500, 500,6527);for (int i = 0; i < 500; i++){for (int j = 0; j < 500; j++){int co = (int)(noises[i][j] * 256);bm.SetPixel(i, j, Color.FromArgb(co, co, co));}}Pen p = new Pen(Color.Black, 1);g.DrawImage(bm,new Point(0,0));}

完全随机的话，貌似并不能到到我们要的效果，接下来，我们就试试加一些平滑过渡。

柏林噪声

柏林噪声应用在很多游戏的地形生成上，也应用在图片的处理上。

float Interpolate(float x0, float x1, float alpha){return x0 * (1 - alpha) + alpha * x1;}public float[][] GenerateSmoothNoise(float[][] baseNoise, int octave){int width = baseNoise.Length;int height = baseNoise[0].Length;float[][] smoothNoise = new float[width][];for (int i = 0; i < width; i++){smoothNoise[i] = new float[height];}int samplePeriod = 1 << octave;float sampleFrequency = 1.0f / samplePeriod;for (int i = 0; i < width; i++){//calculate the horizontal sampling indicesint sample_i0 = (i / samplePeriod) * samplePeriod;int sample_i1 = (sample_i0 + samplePeriod) % width; //wrap aroundfloat horizontal_blend = (i - sample_i0) * sampleFrequency;for (int j = 0; j < height; j++){//calculate the vertical sampling indicesint sample_j0 = (j / samplePeriod) * samplePeriod;int sample_j1 = (sample_j0 + samplePeriod) % height; //wrap aroundfloat vertical_blend = (j - sample_j0) * sampleFrequency;//blend the top two cornersfloat top = Interpolate(baseNoise[sample_i0][sample_j0],baseNoise[sample_i1][sample_j0], horizontal_blend);//blend the bottom two cornersfloat bottom = Interpolate(baseNoise[sample_i0][sample_j1],baseNoise[sample_i1][sample_j1], horizontal_blend);//final blendsmoothNoise[i][j] = Interpolate(top, bottom, vertical_blend);}}return smoothNoise;}public float[][] GeneratePerlinNoise(float[][] baseNoise, int octaveCount){int width = baseNoise.Length;int height = baseNoise[0].Length;float[][][] smoothNoise = new float[octaveCount][][]; //an array of 2D arrays containingfloat persistance = 0.5f;//generate smooth noisefor (int i = 0; i <octaveCount; i++){smoothNoise[i] = GenerateSmoothNoise(baseNoise, i);}float[][] perlinNoise = new float[width][];for (int i = 0; i < width; i++){perlinNoise[i] = new float[height];}float amplitude = 1.0f;float totalAmplitude = 0.0f;//blend noise togetherfor (int octave = octaveCount - 1; octave >= 0; octave--){amplitude *= persistance;totalAmplitude += amplitude;for (int i = 0; i <width; i++){for (int j = 0; j < height; j++){perlinNoise[i][j] += smoothNoise[octave][i][j] * amplitude;}}}//normalisationfor (int i = 0; i <width; i++){for (int j = 0; j <height; j++){perlinNoise[i][j] /= totalAmplitude;}}return perlinNoise;}

int o=10;
private void mapPanel_Paint(object sender, PaintEventArgs e){Graphics g = e.Graphics;Bitmap bm = new Bitmap(500, 500);float[][] noises = GenerateWhiteNoise(500, 500,6527);float[][] smooth = GenerateSmoothNoise(noises, 5);float[][] perlins = GeneratePerlinNoise(noises, o);for (int i = 0; i < 500; i++){for (int j = 0; j < 500; j++){int co = (int)(perlins[i][j] * 256);bm.SetPixel(i, j, Color.FromArgb(co, co, co));}}Pen p = new Pen(Color.Black, 1);g.DrawImage(bm,new Point(0,0));}

可以看到 octaveCount为10的时候就有很好的烟雾效果，
不过我应用在生成随机地图的时候，取值为6可以获得最好的效果。

柏林噪声的应用

柏林噪声可以应用在图片中，获得类似烟雾，爆炸，
气体的效果，可以将两张图片用一定的比例合并在一张。

Color GetColor(Color gradientStart, Color gradientEnd, float t){float u = 1 - t;Color color = Color.FromArgb(255,(int)(gradientStart.R * u + gradientEnd.R * t),(int)(gradientStart.G * u + gradientEnd.G * t),(int)(gradientStart.B * u + gradientEnd.B * t));return color;}Color[][] MapGradient(Color gradientStart, Color gradientEnd, float[][] perlinNoise){int width = perlinNoise.Length;int height = perlinNoise[0].Length;Color[][] image = new Color[width][];for (int i = 0; i < width; i++){image[i] = new Color[height];}for (int i = 0; i <width; i++){for (int j = 0; j <height; j++){image[i][j] = GetColor(gradientStart, gradientEnd, perlinNoise[i][j]);}}return image;}

int o = 5;private void mapPanel_Paint(object sender, PaintEventArgs e){Graphics g = e.Graphics;Bitmap bm = new Bitmap(500, 500);float[][] noises = GenerateWhiteNoise(500, 500,6527);float[][] smooth = GenerateSmoothNoise(noises, 5);float[][] perlins = GeneratePerlinNoise(noises, o);Color[][] map = MapGradient( Color.Red,ColorTranslator.FromHtml("#7FFFD4"), perlins);for (int i = 0; i < 500; i++){for (int j = 0; j < 500; j++){int co = (int)(perlins[i][j] * 256);//bm.SetPixel(i, j, Color.FromArgb(co, co, co));bm.SetPixel(i, j, map[i][j]);}}Pen p = new Pen(Color.Black, 1);g.DrawImage(bm,new Point(0,0));}

随机地图的生成

查阅了一些资料，不同的游戏有不同的生成方式。
有的是使用维诺图加上柏林函数来生成世界，有的是生成高度图，再生成降水，再经过腐蚀而生成一个接近真实世界的地貌。
这里的实例是一个最简单的实现方法，使用方块格，根据柏林噪声获取该格的高度(0.1~1),再根据其高度来设定其地形。

public Color GetColorByFloat(float noise){noise = noise * 255;if (noise > 240) return Color.White;if (noise > 210) return ColorTranslator.FromHtml("#AAAAAA");if (noise > 180) return ColorTranslator.FromHtml("#C5C1AA");if (noise > 165) return ColorTranslator.FromHtml("#3CB371");if (noise > 130) return ColorTranslator.FromHtml("#228B22");if (noise > 70) return ColorTranslator.FromHtml("#71C671");return Color.SkyBlue;}

private void button2_Click(object sender, EventArgs e){Random r = new Random();float[][] whiteNoise = GenerateWhiteNoise(100, 100, r.Next());float[][] perlinNoise = GeneratePerlinNoise(whiteNoise, 5);for (int i = 0; i < 100; i++){for (int j = 0; j < 100; j++){SolidBrush sb = new SolidBrush(GetColorByFloat(perlinNoise[i][j]));pbG.FillRectangle(sb, i * width, j * height, width , height );}}pictureBox1.Invalidate();}

生成的效果勉强可以，但是如果添加更多的地形，加入更多的处理，相信可以做出更加好看，更加接近真实的地图。如果你有好的建议，请留言告诉我。

参考

噪声函数
柏林噪声的应用
开发者分享地形生成制作经验
地图生成器

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白噪声

柏林噪声

柏林噪声的应用

随机地图的生成

参考

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