Unity 使用柏林噪声(Perlin Noise)生成网格地图

前言

最近在尝试制作一个基于网格地图的RPG游戏，所以想着自己生成一个网格地图。

但是网格地图的生成有很多的方式，大多数的方式都达不到我的要求，我需要一个地图可以随机生成各种地形，也可以储存一些地形数据。

柏林噪声是一个非常好的地形生成选择，但是我查阅了很多的资料，发现国内关于柏林噪声生成地图的文章寥寥无几，而且很少有特别详细的使用方法，所以我在这里把我自己制作地图的过程整理了一下，供大家参考。

预制体制作

为了方便演示，我直接使用了Cube，更改了一下颜色，其中白色的模拟（Mountian），绿色的模拟（Ground）

基础网格地图

简易方案（废弃）

我最开始制作网格地图想着直接用脚本生成一个 Vector3数列，将网格的位置信息存储进去就可以，但是实践之后发现并不是很实用，因为地图的每个单元格(Grid)都需要存储它自身的信息。

这里我先把我之前的网格地图代码放出来，如果需要比较简易的版本，可以直接使用这个方案。

using System.Collections;using System.Collections.Generic;using UnityEngine;public class MapManager : MonoBehaviour{public GameObject mapPointPrefab;public GameObject[,] mapPoint;public GameObject mapPoints;// Start is called before the first frame updatevoid Start(){CreateMap();}public void CreateMap(){mapPoint = new GameObject[10, 10];for (int i = 0; i < 10; i++){for (int j = 0; j < 10; j++){Vector2 point = new Vector2(-4.5f + i, -4.5f + j);mapPoint[i,j] = Instantiate(mapPointPrefab, point, this.transform.rotation,mapPoints.transform);}}}}

此方案详细信息见：HOneiii/MapSystem

单例模式MapManager创建

简易方案最大的问题就是不容易扩展，作为一个地图管理器，它需要被其他的物体方便地访问，所以我MapManger脚本以单例模式重写了。

泛型单例模式的脚本这里就不呈现了。

设计一个地图管理器，首先我们需要设计它的几个基本信息。

public enum GridState //单元格状态{ground,mountain,}public struct Map//地图信息结构体{public GameObject gridCube;//Map[x,z]代表的GameObjectpublic Vector3 gridLocation;//位置信息public GridState gridState;//单元格的状态public bool canWalk;//是否可以行走}public class MapManager : Singleton<MapManager>{public Map[,] map; //地图数据}

我在上面设计了一个Map结构体，里面有地图的几个基本信息。GridState中我列出了两种基本的形态，后期还可以视情况添加。

然后我在MapManager中声明了一个Map[，]二维数组，用来存储地图上的单元格信息。

随机高度地图生成

既然是一个地图，那么高度相同是没有任何意义的，我们需要改变单元格高度来创造一个真实的地形。

所以我用随机函数随机了gridHeight的数值，并且生成了地图。

 public void Init(int xSize//x轴格数, int zSize//y轴格数, float cellSize//单元格大小){map = new Map[xSize, zSize];[Header("地图块")]public GameObject Ground;public GameObject Mountain;//随机高度map[x,z].gridHeight = Random.Range(0f, 5f);for (int x = 0; x < xSize; x++){for (int z = 0; z < zSize; z++){//生成地图二维坐标map[x, z].gridLocation = new Vector3(cellSize * x, 0, cellSize * z);//判断高度 给单元格赋上状态if (gridHeight < 3.6f){map[x, z].gridState = GridState.ground;}else if (gridHeight >= 3.6f){map[x, z].gridState = GridState.mountain;}//根据单元格的状态生成单元格switch (map[x, z].gridState){case GridState.ground:map[x, z].gridCube = Instantiate(Ground, map[x, z].gridLocation, Quaternion.identity, this.transform);map[x, z].gridCube.transform.position = map[x, z].gridLocation + new Vector3(0, gridHeight, 0);map[x,z].canWalk = true;break;case GridState.mountain:map[x, z].gridCube = Instantiate(Mountain, map[x, z].gridLocation, Quaternion.identity, this.transform);map[x, z].gridCube.transform.position = map[x, z].gridLocation + new Vector3(0, gridHeight, 0);map[x,z].canWalk = false;break;}}

在生成单元格时我还将canWalk的属性进行了设置，当然这是为之后角色的加入服务，所以可以忽略。

那么这样生成的地图呈现出来的效果是这样的。

可以看到，高山和平原都已经有了雏形，但是我们发现依靠简单随机数生成的地图杂乱无章，毫无规律可言，与现实中的地形并没有什么关联。

引入柏林噪声（Perlin Noise)

首先摘抄一段柏林噪声的解释

Perlin Noise 是 Ken Perlin 在 1983 年开发的一种梯度噪音，这是一种用于在计算机生成的表面上产生自然出现纹理的技术，使用 Perlin 噪声合成的纹理通常用于 CGI，通过模仿自然界中纹理的受控随机外观，使计算机生成的视觉元素（如物体表面，火焰，烟雾或云）看起来更自然。

作者: Wilen Wu 链接: 柏林噪声(Python) | Wilen's Blog 来源: Wilen's Blog

柏林噪声在二维平面生成的结果就像上面的图片。

熟悉地形制作的朋友肯定对这样的图片比较熟悉，这样的灰度图可以当作地形的高度使用，所以我们就将柏林噪声和我们的高度绑定。

using System.Collections;using System.Collections.Generic;using UnityEngine;public enum GridState{ground,mountain,lake}public struct Map{public GameObject gridCube;public Vector3 gridLocation;public GridState gridState;public bool canWalk;}public class MapManager : Singleton<MapManager>{public Map[,] map; //地图数据public float sightDistance;[Header("地图块")]public GameObject Ground;public GameObject Mountain;public GameObject Lake;[Header("柏林噪声参数")]public float frequency;//柏林噪声频率public float scale;//柏林噪声振幅public void Init(int xSize, int zSize, float cellSize){map = new Map[xSize, zSize];//柏林噪声伪随机误差float xRandom = Random.Range(0f, 100f);float zRandom = Random.Range(0f, 100f);for (int x = 0; x < xSize; x++){for (int z = 0; z < zSize; z++){//生成地图二维坐标map[x, z].gridLocation = new Vector3(cellSize * x, 0, cellSize * z);//柏林噪声生成地图高度信息float xFloat = x;float zFloat = z;float xSizeFloat = xSize;float zSizeFloat = zSize;float gridHeight = Mathf.PerlinNoise(xFloat / xSizeFloat * frequency + xRandom, zFloat / zSizeFloat * frequency + zRandom) * scale;//地图单位格高度判断并更改类型//生成 高山 平原 湖泊if (gridHeight > 1.5f && gridHeight < 3.6f){map[x, z].gridState = GridState.ground;}else if (gridHeight >= 3.6f){map[x, z].gridState = GridState.mountain;}else if (gridHeight <= 1.5f){map[x, z].gridState = GridState.lake;}//地图单位格高度设置以及生成switch (map[x, z].gridState){case GridState.ground:map[x, z].gridCube = Instantiate(Ground, map[x, z].gridLocation, Quaternion.identity, this.transform);map[x, z].gridCube.transform.position = map[x, z].gridLocation + new Vector3(0, gridHeight, 0);map[x,z].canWalk = true;break;case GridState.mountain:map[x, z].gridCube = Instantiate(Mountain, map[x, z].gridLocation, Quaternion.identity, this.transform);map[x, z].gridCube.transform.position = map[x, z].gridLocation + new Vector3(0, gridHeight + 1f, 0);map[x,z].canWalk = false;break;case GridState.lake:map[x, z].gridCube = Instantiate(Lake, map[x, z].gridLocation, Quaternion.identity, this.transform);map[x, z].gridCube.transform.position = map[x, z].gridLocation + new Vector3(0, 1.4f, 0);map[x,z].canWalk = false;break;      }}}}}

在代码中，我新建了一个Lake的状态，在高度为1.5以下时表现为湖泊。

最重要的代码是这段

float xRandom = Random.Range(0f, 100f);float zRandom = Random.Range(0f, 100f);------------------------------------------float xFloat = x;float zFloat = z;float xSizeFloat = xSize;float zSizeFloat = zSize;float gridHeight = Mathf.PerlinNoise(xFloat / xSizeFloat * frequency + xRandom, zFloat / zSizeFloat * frequency + zRandom) * scale;

前面的几个变量声明是为了将int型的x,z转换为float型，这是一个非常关键的点，由于Mathf.PerlinNoise最后输出结果与输入数据的小数相关，所以如果为int型，最后出现的单元格高度都是一样的。

Matf.PerlinNoise中的frequency为频率，scale为振幅。我们可以将其看作一块褶皱的布，频率就是褶皱的密度，振幅就相当于褶皱的高度。

上面的xRandom与zRandom所起到的作用为每次创建的地图都不相同，所以需要将其放在循环外，否则创建的地图还是没有任何的关联性，依旧杂乱无章。

现在创建完成的地图如下，已经很像Minecraft中的地形感觉了。

加入更多地形

那么这样一个地形如何能够添加更多的单元格类型呢，我就在这里贴上增加了森林、沙漠的代码，供大家参考。

using System.Collections;using System.Collections.Generic;using UnityEngine;public enum GridState{ground,mountain,lake,forest,desert}public struct Map{public GameObject gridCube;public Vector3 gridLocation;public GridState gridState;public bool canWalk;}public class MapManager : Singleton<MapManager>{public Map[,] map; //地图数据public float sightDistance;[Header("地图块")]public GameObject Ground;public GameObject Mountain;public GameObject Lake;public GameObject Forest;public GameObject Desert;[Header("柏林噪声参数")]public float frequency;//柏林噪声频率public float scale;//柏林噪声振幅public void Init(int xSize, int zSize, float cellSize){map = new Map[xSize, zSize];//柏林噪声伪随机误差float xRandom = Random.Range(0f, 100f);float zRandom = Random.Range(0f, 100f);for (int x = 0; x < xSize; x++){for (int z = 0; z < zSize; z++){//生成地图二维坐标map[x, z].gridLocation = new Vector3(cellSize * x, 0, cellSize * z);//柏林噪声生成地图高度信息float xFloat = x;float zFloat = z;float xSizeFloat = xSize;float zSizeFloat = zSize;float gridHeight = Mathf.PerlinNoise(xFloat / xSizeFloat * frequency + xRandom, zFloat / zSizeFloat * frequency + zRandom) * scale;float gridType = Mathf.PerlinNoise(xFloat / xSizeFloat * frequency + xRandom/3, zFloat / zSizeFloat * frequency + zRandom/3) * scale;//地图单位格高度判断并更改类型//生成 高山 平原 湖泊if (gridHeight > 1.5f && gridHeight < 3.6f){map[x, z].gridState = GridState.ground;}else if (gridHeight >= 3.6f){map[x, z].gridState = GridState.mountain;}else if (gridHeight <= 1.5f){map[x, z].gridState = GridState.lake;}//生成 森林 沙漠if (map[x, z].gridState == GridState.ground){if (gridType >= 3.2f){map[x, z].gridState = GridState.forest;}else if (gridType <= 1.5f){map[x, z].gridState = GridState.desert;}}//地图单位格高度设置以及生成switch (map[x, z].gridState){case GridState.ground:map[x, z].gridCube = Instantiate(Ground, map[x, z].gridLocation, Quaternion.identity, this.transform);map[x, z].gridCube.transform.position = map[x, z].gridLocation + new Vector3(0, gridHeight, 0);map[x,z].canWalk = true;break;case GridState.mountain:map[x, z].gridCube = Instantiate(Mountain, map[x, z].gridLocation, Quaternion.identity, this.transform);map[x, z].gridCube.transform.position = map[x, z].gridLocation + new Vector3(0, gridHeight + 1f, 0);map[x,z].canWalk = false;break;case GridState.lake:map[x, z].gridCube = Instantiate(Lake, map[x, z].gridLocation, Quaternion.identity, this.transform);map[x, z].gridCube.transform.position = map[x, z].gridLocation + new Vector3(0, 1.4f, 0);map[x,z].canWalk = false;break;case GridState.forest:map[x, z].gridCube = Instantiate(Forest, map[x, z].gridLocation, Quaternion.identity, this.transform);map[x, z].gridCube.transform.position = map[x, z].gridLocation + new Vector3(0, gridHeight, 0);map[x,z].canWalk = true;break;case GridState.desert:map[x, z].gridCube = Instantiate(Desert, map[x, z].gridLocation, Quaternion.identity, this.transform);map[x, z].gridCube.transform.position = map[x, z].gridLocation + new Vector3(0, gridHeight, 0);map[x,z].canWalk = true;break;}}}}}

生成的地图如下

具体代码大家可以自己查看，我这里就简述一下思路。

在创建完成基础的高山、平原、湖泊之后，我又新建了一层柏林噪声，用它的高度再次模拟出了森林和沙漠，并且在原来的基础上将森林和沙漠赋值给单元格（其中高山和湖泊不会被替换）。

其中的原理有些类似于PS的蒙版，最基础的地形需要放在最下层，上层可以放森林、沙漠等，再往上还可以生成村庄、城市等，也可以在湖泊中生成码头，岛屿等地形。

写在最后

柏林噪声真的是一个非常有用的工具，相较于直白的Random，可以更加生动地完成更多东西的制作。

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