体素地形引擎如何制造？

几天前，我发现了一种称为体素地形的东西，我认为它们非常酷。但是我什么都不知道。您是在建模软件中对其建模还是使用高度图之类的东西？我在维基百科上读到，体素就像3d像素或体积像素。

制作体素地形后，如何获取这些体素并使它们可 破坏/可挖掘？

我将基于以下因素选择最佳答案：

1. 代码和算法。最好基于C＃
2. 解释。我是算法的初学者，但是我对面向对象的编程非常熟悉
3. 逐步演示。不仅是概念，而且是方向。
4. 图表/插图。不，不是其他引擎的屏幕截图。

我知道这是一个复杂的话题。但是，谢谢您的帮助！

不，我不是要克隆我的世界。

编辑

感谢大家的大力帮助（尤其是Nick Wiggill）！这就是我设法做到的（正在进行中）。

生成体素地形

（a）一种常见的方法是使用Perlin噪声生成高度图。高度图基本上是一张单色图像，通过其像素的暗或亮表示不同的高度。

您将查看此高度图中的各个像素，以根据高度图图像中该像素的亮度，在不同（x，y）位置创建高达不同高度（z轴）的体素“堆栈”。由于Perlin噪点图像是平滑的（没有锐利的边缘相对于黑暗），因此您将获得平滑滚动的地形。

（b）您可以通过使用不同的多面体创建景观来逐步构建它。创建一个多面体矢量形状，该形状近似于所需的体素形状。使用任何3D多面体点方法（最常见的是凸面壳），检查世界网格中哪些点落在该多面体体积之内。例如，在空间中定义金字塔。在根据该金字塔体量检查了世界空间局部区域中的每个点之后，您将知道其中包含哪些点，并且可以将这些单元格设置为“当前”，这意味着它们成为体素而不是空白空间。现在，您的空间中有一个体素金字塔。您可以通过这种方式继续添加各种形状，直到形成地形。

（c）（与b完全相同）编写建模工具。Voxatron展示了外观。这只是在替代世界（编辑器）中创建体素表单，然后将它们导入您的实际运行时游戏世界中。我相信Voxlap拥有第一个开源的体素开源编辑器。您可以放置​​单个体素，也可以使用形状/体积不同的体素“画笔”将体素吸引到您的世界中。

构造自己的基于体素的游戏所需的内容

我之所以包括这一部分，是因为体素之路并非易事，至少目前不是这样。最近，大型公司再次对体素引擎进行大量研究，以进行渲染和物理应用。

简单性可能是个问题，因为用原始体素动态构建世界是构建世界的一种程序方法，而这并不是天生的简单。非常抱歉，这里将有一些技术术语。编写体素引擎是一项非常严肃的工作，需要跨多个游戏引擎开发领域的知识，尤其是在空间概念方面，这意味着要在一定程度上理解3D向量数学，矩阵和基本演算。

话虽如此，您的“体素地形的生成”需要一个可以在其中工作的环境，因为体素引擎并不完全普及。让我们对体素引擎如何工作进行基本描述。

体素是您世界的基本构建块。它们的位置由整数索引的3D网格（数组）定义，而不是由连续的浮点空间（如在基于矢量的3D游戏中使用）定义。这些将成为您世界的“原子”。它们可能比《我的世界》这样的游戏高3英尺，或者它们可能比虚拟角色的眼睛实际看到的要小，除非大量聚集在一起-有点像分子。有两种：

• 基于立方网格的体素（示例）-是一种较新的种类，为简单起见，可与现代图形技术结合使用。用于MineCrat和Dungeon Keeper等游戏。
• 点体素（example，example）-原始体素。每个空间都是一个单独的，可碰撞的点，尽管它可能被球形的边界体积包围。它们比较简单，因此您可以在自己的世界中拥有更多它们，因此可以使它们更小，这通常是有利的。使用它们的两个游戏是科曼奇（Comanche）和1990年代重制的《午夜之王》。

无论哪种方式，操作世界中体素的方法都大致相同，如下所示。

要在您的世界中构造和移动对象，您将需要上述数学工具。例如，创建墙：使用向量在3D空间中构造一个具有适当尺寸的盒子。使用矩阵数学将框转换为3D世界中所需的旋转和位置（在连续向量空间中）。对于体素引擎，额外的步骤是现在使用3D多面体点算法来确定哪些体素落在该旋转空间内。

本质上，这就是构造世界上大多数对象的方式。除此之外，您可以编写自己的工具，以用Maya或3DS Max这样的方式“建模”角色。但是，由于要进行建模，因此您要使用体素而不是点，边和面来进行角色设计，因此方法将大不相同。如果您决定在世界中旋转这些对象，则需要类似地使用矩阵转换。

可破坏地形很简单，要么根据您选择的某种方法一次删除一个体素，要么对大量体素使用CSG（本构几何）操作，以根据某个预定义的体积将其删除；例如，如果将激光束发射穿过岩石，则可以使用圆柱体体积减去在此处穿过岩石发射的体素。CSG是一个相对简单的过程，使用形成您的体素世界的3D空间栅格，并对照另一个栅格（在此情况下为激光束）检查基本栅格（在这种情况下为岩石）的一部分中的每个单元格

为了使物质“流动”（如Vigil在他对沙子的评论中所暗示的那样），您将需要研究流体动力学和细胞自动机。矮人要塞作者塔恩·亚当斯（Tarn Adams）的作者在本质上也是体素的世界中使用了这些元素（尽管在这种情况下体素要大得多，与Dungeon Keeper相当，原理仍然相同）。这些是最前沿的主题，而不是所定义的体素引擎的必要条件，因此我将其保留为您自己研究的“存根”。

最后，CSG和流体动力学使我感到最优化。当前正在开发的体素引擎几乎仅使用稀疏体素八叉树（SVO），这是一种将体素空间细分为不同分辨率的方法，如该视频中展示的即将推出的Atomontage引擎所示。使用八叉树/ SVO比优化选择更为必要，因为处理一个庞大，统一的网格会涉及处理开销。八叉树本质上是一棵树（有向无环图），其中每个节点都有8个或0个子节点，具体取决于它表示的空间是否包含任何物理卷。八叉树如何细分空间以形成体素的图在此处。

我知道的最好的开源体素实现是Ken Silverman的Voxlap Engine，该引擎用于Voxelstein3D。它用C ++编写，并实现了用于地形变形的CSG操作。

生成有趣的体素地形的最佳方法是使用Perlin噪声密度贴图。与其使用定义3D世界高度的2D Perlin噪声图，不如使用3D Perlin噪声图。对地图加权，使靠近底部的值更可能是实心的，而靠近顶部的值肯定是空气。这不仅可以使您达到世界的高度，而且还可以进行悬垂和塌陷，类似于Minecraft地形，如该地形切片的侧视图所示：

在这里，您可以测试浮岛，或使用分形噪声添加洞穴系统：

上面的图片和洞穴系统的想法来自这个优秀的博客。您可以在此处了解有关Perlin噪声的全部知识，并且有一些示例代码可以帮助您从这里开始。

这里的其他答案非常好，但是我采用了稍微不同的方法。

我在建模工具（3DSMAX）中生成一个环境，并从中构建一个稀疏的八叉树。每个立方非空叶节点都是一个体素。在渲染时，我使用光线投射（在HLSL中实现）来查找哪个体素占据哪个像素，并将该像素设置为存储在节点中的颜色，该颜色是我在生成树时通过平均源模型中的纹理值计算得出的。

这给您带来了很多好处-免费的碰撞检测，可变的LOD，视图空间剔除等-并且除了raycaster之外-它易于实现。

不幸的是，几乎不可能从电话中发布示例代码。