Posted on 2009-07-10 02:09
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3D圖形學
前段時間被項目組長委派實現基于3D地形的道路系統。實現的目標是類似于Crysis編輯器的功能：可以由編輯人員在地面上指定一系列控制點，用某種合適的曲線插值生成一條道路，指定紋理后就可以智能地將道路顯示出來。然而要實現這些功能，必須克服以下的幾個難題：
（1）用哪種曲線可以方便模擬出道路段，而且可以靈活地調節？
（2）地形通常都有Lod優化，其網格會實時變化，如何獲取道路段覆蓋的地形網格？如何讓道路剛好“貼”在地表上而不會產生交叉,融合,斷裂現象？
（3）如何生成道路頂點的紋理，才能不讓紋理產生扭曲或其它不準確的現象？
剛剛接到任務時，一頭霧水，無從下手。于是急忙搬出google大哥，從gameres馳騁到gamedev，從項目組長詢問到網上認識的高手，都沒有找到道路實現的相關資料和有效的解決方法。
后來研究了一下Crysis編輯器的道路系統操作和線條生成模式，并且在有著十幾年游戲開發經驗的Dunhill兄指點迷津下，終于找到了一些眉目，經過半個月多的摸索和調試，終于在今天比較完整地將道路系統實現了。由于網上資料少，特撰此文，如果以后有人也做到類似的專題，希望可以提供一些有用的信息.
首先，將編輯人員指定的道路控制點用樣條曲線生成一系列平滑過渡的道路段頂點。樣條曲線有很多種，經過比較，我采用了B樣條曲線，感覺它可以比較好地控制道路的彎曲，而且又不乏道路的平滑特性。由此解決了文章開頭提出的問題（1）。效果如下圖：
上圖有6個控制點，經過插值生成了一系列中間過渡點，從而將控制點連成了比較平滑的道路骨架。對于樣條曲線插值的生成方法，網上很多資料，這里就不詳細討論了。
接著，將生成的道路曲線分拆成一個個四邊形（我們不妨稱之為道路單元段），將這些四邊形覆蓋的地形圖元提取出來。由于地形Lod是不斷變化的，如果道路隨著地形Lod變化就不斷提取地形圖元會使得效率很低下。經過一番研究，發現如果地形Lod做得足夠好的話，由地形Lod變化而產生的地形Pop現象對道路影響不大，完全可以提取道路在地形最高Lod時覆蓋的圖元數據，由此解決了開頭提出的問題（2）。注意在提取圖元的時候要完全按照地形構造的規則進行提取，否則有可能出現道路和地形相交合或分離的問題。
提取了某個道路單元段覆蓋的地形圖元后，將該道路單元段的四個頂點構造出四個垂直于水平面的裁剪面，將地形圖元和構造的裁剪平面作為參數送入裁剪程序。裁剪程序通常是用三維齊次坐標的區位碼標志裁剪方法，這個算法在《計算機圖形學》一書有提及，網上也有該算法的詳細描述。將裁減后的道路單元段鏈接起來后的效果如下圖：
黃色線條是地形圖元，黑色的線條是道路的圖元。可以看出，經過裁減后的道路增加了很多頂點和線條來鏈接道路和地形的相交點，這樣做是為了防止道路與地形可能出現的交叉、分離和斷裂現象。
裁剪完道路單元段后，給每個道路單元段的頂點生成紋理坐標。嘗試了很多方法，最后采用的紋理映射方法是如下：
見上圖，v0、v2、v3、v5是道路單元段的頂點，v1、v4分別是v0與v2、v3與v5的中點，v1到道路起始點的中軸線累積長度totalL，另外求出頂點到道路單元段的四個邊距L1、L2、L3、L4和中軸線長L。
紋理坐標u = L2 / (L2 + L4)
紋理坐標v = （totalL + L * L1 / (L1 + L3) ) / tileLength （tileLength是紋理的格子長度，可由編輯人員調節）
這種紋理映射方法在道路不是很彎的情況下，都能比較好地生產紋理圖。但若道路彎曲得比較厲害，紋理也會出現扭曲。如果哪位能提出更好的紋理坐標生成方法，請告知。生成紋理坐標后,記得給道路頂點高度往上平移一點點(我取了0.01f),這樣可以避免道路和地形由于Z值相同而產生閃爍現象.
最后發一張貼上紋理的道路效果圖，如有什么問題歡迎留言探討。
