《幽灵行动·荒野》中的程序化技术：道路、河流、城镇、植被

作者：Kerry 2020-09-03

作者：Kerry 本文首发于知乎专栏“TA周刊”
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上一篇：《幽灵行动·荒野》程序化技术介绍，我们笼统介绍了其程序化技术的应用以及实际项目遇到的问题。

本节是《幽灵行动·荒野》大世界制作技术的第二章。技术美术工程师Erwin Heyms展示了他的团队在开放世界游戏中如何处理小城市，河流和道路的程序化生成的一些细节内容。

道路与河流

加入Ghost Recon Wildlands 项目时，创建道路是我的首要任务。当时，我们正在研究如何houdini应用到我们的开发流程当中。我们想要创建一个巨大，逼真且美丽的，玩家可以真正深入体验的开放世界。使用传统的地形雕刻技术来创建荒野世界是一项艰巨的任务，这就是我们决定创建程序化工具的原因。

我们有数千公里的公路，这是多姿多彩的玻利维亚独特的景观构成。要使整个景观世界有一个连贯统一的公路，我们需要一个统一的计算系统。

我们的道路系统运行得非常快，这使我们见识到自动化工具对于驱动制作流程的强大作用。这大大提高了我们迭代道路系统的速度，而且它还为我们提供了大量的关联数据，我们可以将其用于其他程序化工具以及游戏逻辑数据中。

路网系统本质上是一种定制的寻路算法，它会依赖地形的特征进行计算。

设计人员只需要为每段道路设置路点，并告诉工具要创建哪种类型的道路，就会自动生成道路并嵌入到当前的路网中。

该工具必须易于使用，并且对我们的美术师来说足够灵活，因此，我们要确保设计人员可以方便调整道路的弯曲走向，比如能决定哪些区域寻路算法应该跳过，比如新建的路段要以多大的粘度融入原本的路网中。

这听起来可能很复杂，但实际上非常容易理解，这其实跟在现实世界中构建道路的思路是一样的。在现实世界中中，道路的规划决于建筑成本以及如何生产最便宜的道路。

在后台，我们的路网系统基本上就是这样做的。我们给寻路器定义一些特性，比如遇到陡峭的斜坡，我们的道路会呈现很多急转弯的走向；遇到平坦的地势就会稍微平顺一些。最终，会生成一个中蜿蜒盘旋的山路的感觉。

同时，寻路器会遵循现有的道路网，按照实现世界建路原则（成本低廉），新创建的道路将会融入到现有的路网中并且合理设计道路分叉。这个功能尤其有利于构建一些非常美观逼真的路网。

至于我们如何将道路网络应用于地形……

我们通过导出获得一系列的高度图应用到地形上，使得地形变形以适配路网，同时导出材质权重图来标记路网区域的材质。

为使加快工作流程，路网的地形变形的计算会放在渲染农场上进行，每当设计师完成铺设道路的工作时，他们都可以将数据推送到渲染农场，几分钟之内就可以得到结果并贴在地形上了。

铁路和河流工具使用类似的过程，它们都使用寻路算法，但规则不同。

铁路工具比道路需要更浅且更平坦的路径，并在尝试穿越山坡时沿途创建了隧道和桥梁。

Twan De Graaf生产的河流和小溪只允许出现在沿着山坡下行的地方，并且寻路是从山顶开始最近的水域。

最终，河流，道路和其他元素的融合有时会创造出一些令人惊叹的效果。

城市建筑

最大的挑战之一是使城镇看起来逼真，尤其是对于不同的环境和规模。

道路连接必须合理，城镇必须看起来好像是向外发展，中心的大型建筑向外辐射到较小的房屋和农田。

交给设计人员的工具的第一个版本可以建立看起来像乡村的城镇。

它建造了一系列主要街道，较小的街道将中心连接起来，并向外辐射到郊区和农田。

第一个版本的工具是这样从左到右一步一步生成的

最初，该工具主要产生于像这样的小村庄。

这种方法效果很好，但是与生产中的许多其他事情一样，一旦赋予艺术家更大的创作能力，他们就会想要更多。

虽然我们的设计师能够手动绘制或清除道路，但这种形式的工具太局限了，无法产生令人信服的结果。

我们真正需要的是创建城市，这意味着我们需要解决更多更复杂的问题。

因此，对于第二个版本，我添加了对网格道路，人行道，建筑物行和其他一些功能的支持。

Barvechos –一个庞大的城市。

该工具还需要一些时间来计算建筑物的位置。“计算时间”随着您要创建的解算区域的增加而呈指数增长。

一次计算我们一些最大的城镇的所有建筑物可能需要20分钟。

但是，可以通过将数据缓存到磁盘来减少解算时间，这还可以一次在较小的群集中计算建筑物的位置。

算法

建筑物放置系统可能是整个解算工具中最复杂的部分。

它使用了一种自我感知的打包算法，我们可以获取一系列建筑物，每个建筑物都有自己的放置在城镇中的规则。

该算法尝试按优先级顺序或预定比例从列表中放置每个建筑物。

该工具会首先对关键性地标建筑进行优先级排序，然后填充上的其余部分：房屋和市场摊位等其他真正使城镇栩栩如生的二级建筑结构。

该算法的工作原理是根据道路将城镇划分成多个区域，然后从里到外扫描每个区域以查找合适的放置位置。

然后，它收集有关这些位置的各种信息，然后对照建筑列表，判断哪些建组适合放置在这些区域。

这些位置上的信息包括：与市中心的距离，水边或附近的铁路，地形的坡度、由设计师特别指定的信息。

该工具还会查看有关已放置的其他建筑物的信息。

如果城镇中已有教堂，则不会在该教堂附近150米之内产生另一座宗教建筑。

总共我创建了70多个不同的规则和条件，我们可以为每个建筑物设置这些规则和条件，这确实使放置算法变得非常强大和灵活。

如果我们出于任何原因不得不搬迁或更改城镇，该工具可能会使这项本来很繁重的任务变得非常容易。

综上所述，在发展过程中，最大的城镇之一巴维乔斯（Barvechos）可能已被完全重建了5次以上。

Khochi –该镇将许多不同的工具结合在一起。

植被

大场景的植被放置由两个部分组成

草：根据地形材质的权重密度图进行分布
树、灌木：灌木和树木的散布规则由Houdini工具计算并生成点云数据的方式实现

散布树木和灌木丛基于一个非常简单的概念“cascade”：下图中，红色的点表示大树，绿点代表中型树，蓝色点代表小树和灌木丛。

为了增加复杂性，我们首先调整密度，比例，坡度，资源之间的空间等。然后再添加额外的一些规则，比如朝阳面、比如规定哪些物种对应地表哪一层材质、多层地表材质之间的包容和排斥，例如雨水侵蚀，河床，悬崖等等。最后，我们结合这些规则删除一些不正确的植被分布。在道路，铁路，水域和行人路上，植被会被自动删除。

我们与地形/岩石美术师紧密合作，以匹配地表分配规则（是指splat map）和植被规则。这样，与植被分布有关的地表材质，岩石和flowmap直接影响了森林在远处呈现的效果。