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前言:
这几天，心血来潮，开了个小项目。没错，就是上面标题说的——程序化河流的生成。当然，这个在实际项目中可能并没有什么用，我写这个文章，主要也是想和各位分享下一些思路。希望对各位有所启发，还望大家多多支持，关注。
废话不多说，下面开始！
先来看看下面这张截图：
要实现这个效果，主要搞定两部分：
整体地形生成。
这里我没有使用Unity自带的地形，而是直接程序创建一个地形。主要也是为了熟悉其中的原理。
其实不管怎么样，地形的本质就是网格，如图。
自己生成的地形
自带地形
而这些看似复杂的网格，实际都是由一些基础图元构成的。关于基础图元和普通网格的实现可以参考：
网格生成好后，就可以进入下一步——地形生成了。地形生成主要依赖一张高度图：通过采样高度图heightTexture，将采样的灰度值重新映射到0~maxTerrainHeight的区间。然后将这个值赋值为对应顶点位置的y值。
//采样图片颜色
float _r = heightTexture.GetPixel (_texcoordX, _texcoordY).r;
//顶点位置
//注意：需要在创建网格的时候就确定顶点的高度，否则顶点的排列可能会被优化而出现错误的顺序
vertices = new Vector3 (x * offsetBetweenVert.x, maxTerrainHeight * _r, y * offsetBetweenVert.y);
这样映射完后，就完成了上面地形的效果了。
河流网格的生成
上面的步骤算是打地基。现在算是来到正题了。
- 要生成河流,首先需要生成河流的网格。那么河流的网格该如何生成呢？来看下面的示意图
如图，我们可以把河流理解成一条网格带。网格带上的顶点对称的分布在曲线L的两边（其实不会对称，应该适当有点随机，后面会讲到）。因此，如果我们有了这条曲线L,我们就可以根据这条曲线将这条网格带的所有顶点计算出来。
根据上面示意图，我们可以通过曲线上两个相邻点计算出向量 P_{1}P_{2} ,然后取Y轴为世界坐标系Y轴。这样通过叉乘就可以得到河流水平面向量V。有了向量V，就可以很简单的求出P1两边的顶点坐标了。需要注意的是，在这一步，为了让河流看起来更加自然，我们可以可它添加一定的随机性，Mathf.PerlinNoise是个不错的选择。
计算出河流的所有顶点后，我们可以按照指定的顺序去连接它们，就像之前创建地形一样。如图
上面讲了河流生成的原理，下面讲讲一些具体的实现。
首先我们需要一条曲线，我这里使用了Catmull-Rom曲线（真好用），它的好处在于曲线是会通过曲线上的每个点的（收尾两个点除外），具体细节参看这篇
通过编辑器扩展的方式我可以在地形上绘制曲线：
然后根据曲线计算河流网格以及相关的参数
void RiverVertexCaculate (Mesh _riverMesh, ref List<Vector3> _resultWayPoints, float riverWidthExpand) {
m_riverWidthInfos = new List<RiverWidthInfo> ();
//是河流随机有大有小
Vector3 _h = Vector3.zero;
Vector3[] _vertexs = new Vector3[_resultWayPoints.Count * 2];
Vector2[] _uvs = new Vector2[_resultWayPoints.Count * 2];
float _riverLength = PathHelper.PathLength (_resultWayPoints.ToArray ());
float _uvWrap = m_lastMaxRiverUVY = _riverLength / repeatLength;
for (int i = 0; i < _resultWayPoints.Count; i++) {
Vector3 _vetexOffset = Vector3.zero;
//河流流向
if (i < _resultWayPoints.Count - 1) {
_vetexOffset = _resultWayPoints[i + 1] - _resultWayPoints;
}
//河流水平方向
_h = Vector3.Cross (_vetexOffset, Vector3.up).normalized;
//河流下沉量
Vector3 _riverSinkAmount = riverDepth * riverSickRadio * Vector3.down;
//河流宽度
Vector3 _wayPoint = _resultWayPoints;
float _halfRiverWidth = (maxRiverWidth *
(1 + riverRandomWidthWholeLengthScale *
(Mathf.PerlinNoise (_wayPoint.x * riverRandomRadio.x, _wayPoint.z * riverRandomRadio.y))) +
riverWidthExpand) * 0.5f;
float _lengthPercents = (float) i / _resultWayPoints.Count;
_halfRiverWidth *= riverWidthWholeLengthCurve.Evaluate (_lengthPercents);
//计算曲线两边的顶点位置
_vertexs[2 * i] = RiverObject.transform.InverseTransformPoint (_resultWayPoints - _h * _halfRiverWidth + _riverSinkAmount);
_vertexs[2 * i + 1] = RiverObject.transform.InverseTransformPoint (_resultWayPoints + _h * _halfRiverWidth + _riverSinkAmount);
//记录河流宽度信息
m_riverWidthInfos.Add (
new RiverWidthInfo () { LengthRadio = (float) i / _resultWayPoints.Count, halfWidth = _halfRiverWidth }
);
//v
_uvs[2 * i].y = _uvs[2 * i + 1].y = (float) i / (_resultWayPoints.Count - 1) * _uvWrap;
//u
_uvs[2 * i].x = 0;
_uvs[2 * i + 1].x = 1;
}
_riverMesh.vertices = _vertexs;
_riverMesh.uv = _uvs;
}
生成后河流网格如图：
地形凹陷的生成
生成河流网格后我们会发现，河流基本是与地面重合的，有些地方还会凸出地面，特别不真实。
原因很简单：计算河流网格的时候，曲线本来就是和地面重合的，并且地形地面也没有凹陷，这与现实情况是完全不符合的。
我想到的方案是：将地形所有顶点抬高指定位移-》从地形每个顶点为起点，方向向下发射射线，判断是否碰撞到河流网格-》如果成功碰撞到，就将地形网格对应的顶点向下凹陷指定深度。并且为了使河床与地形过渡更自然，我通过根据碰撞点的UV和指定的AnimationCurve来微调顶点凹陷的程度。
//地形下陷
void TerrainSink (Mesh mesh) {
Vector3[] _vertexs = mesh.vertices;
for (int i = 0; i < _vertexs.Length; i++) {
//网格下沉riverDepth(这里实际是上升）->射线检测，碰撞到河，则保持网格的下沉，否则取原来网格
//的高度
Vector3 _worldPos = transform.TransformPoint (_vertexs);
Vector3 _rayOriginPos = _worldPos + Vector3.up * riverDepth;
Ray _ray = new Ray (_rayOriginPos, Vector3.down);
RaycastHit hit;
if (Physics.Raycast (_ray, out hit, 100)) {
//地形按照曲线平滑下陷
float _uvxDis = Mathf.Abs (hit.textureCoord.x - 0.5f) * 2;
// float _rr = hit.textureCoord.y / m_lastMaxRiverUVY;
// float _halfWidth = GetRiverWidth(_rr);
float _riverBedBlend = riverBedCurve.Evaluate (_uvxDis);
_vertexs = transform.InverseTransformPoint (_worldPos - Vector3.up * riverDepth * _riverBedBlend);
}
}
mesh.vertices = _vertexs;
}
效果如下图，可以看出效果正常了：
添加效果
最后，我写了个简单的流水的着色器，详见：
然后在创建网格后，自动设置好水材质，至此这个阶段就结束了。
这个小项目可能还会有后续，因为我感觉如果能给这条河加上浮力系统就完美了。
=====================后续=============================
后续真的来了，通过一顿骚操作，终于给这条河调和加上了浮力系统。如图：
简要讲解链接：
=====================================================
希望这篇文章对各位有所帮助，也希望大家多多支持关注我。
源代码及资源
 RiverMeshDemo.unitypackage
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发表于 2022-11-18 09:43
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