Posted on 2009-07-10 02:09
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3D圖形學(xué)
前段時(shí)間被項(xiàng)目組長委派實(shí)現(xiàn)基于3D地形的道路系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)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(diǎn)，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(shí)現(xiàn)這些功能，必須克服以下的幾個(gè)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(diào)節(jié)？
（2）地形通常都有Lod優(yōu)化，其網(wǎng)格會實(shí)時(shí)變化，如何獲取道路段覆蓋的地形網(wǎng)格？如何讓道路剛好“貼”在地表上而不會產(chǎn)生交叉,融合,斷裂現(xiàn)象？
（3）如何生成道路頂點(diǎn)的紋理，才能不讓紋理產(chǎn)生扭曲或其它不準(zhǔn)確的現(xiàn)象？
剛剛接到任務(wù)時(shí)，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(xiàng)目組長詢問到網(wǎng)上認(rèn)識的高手，都沒有找到道路實(shí)現(xiàn)的相關(guān)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(tǒng)操作和線條生成模式，并且在有著十幾年游戲開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的Dunhill兄指點(diǎn)迷津下，終于找到了一些眉目，經(jīng)過半個(gè)月多的摸索和調(diào)試，終于在今天比較完整地將道路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了。由于網(wǎng)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(diǎn)用樣條曲線生成一系列平滑過渡的道路段頂點(diǎn)。樣條曲線有很多種，經(jīng)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(gè)控制點(diǎn)，經(jīng)過插值生成了一系列中間過渡點(diǎn)，從而將控制點(diǎn)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(wǎng)上很多資料，這里就不詳細(xì)討論了。
接著，將生成的道路曲線分拆成一個(gè)個(gè)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(jīng)過一番研究，發(fā)現(xiàn)如果地形Lod做得足夠好的話，由地形Lod變化而產(chǎn)生的地形Pop現(xiàn)象對道路影響不大，完全可以提取道路在地形最高Lod時(shí)覆蓋的圖元數(shù)據(jù)，由此解決了開頭提出的問題（2）。注意在提取圖元的時(shí)候要完全按照地形構(gòu)造的規(guī)則進(jìn)行提取，否則有可能出現(xiàn)道路和地形相交合或分離的問題。
提取了某個(gè)道路單元段覆蓋的地形圖元后，將該道路單元段的四個(gè)頂點(diǎn)構(gòu)造出四個(gè)垂直于水平面的裁剪面，將地形圖元和構(gòu)造的裁剪平面作為參數(shù)送入裁剪程序。裁剪程序通常是用三維齊次坐標(biāo)的區(qū)位碼標(biāo)志裁剪方法，這個(gè)算法在《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》一書有提及，網(wǎng)上也有該算法的詳細(xì)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(jīng)過裁減后的道路增加了很多頂點(diǎn)和線條來鏈接道路和地形的相交點(diǎn)，這樣做是為了防止道路與地形可能出現(xiàn)的交叉、分離和斷裂現(xiàn)象。
裁剪完道路單元段后，給每個(gè)道路單元段的頂點(diǎn)生成紋理坐標(biāo)。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(diǎn)，v1、v4分別是v0與v2、v3與v5的中點(diǎn)，v1到道路起始點(diǎn)的中軸線累積長度totalL，另外求出頂點(diǎn)到道路單元段的四個(gè)邊距L1、L2、L3、L4和中軸線長L。
紋理坐標(biāo)u = L2 / (L2 + L4)
紋理坐標(biāo)v = （totalL + L * L1 / (L1 + L3) ) / tileLength （tileLength是紋理的格子長度，可由編輯人員調(diào)節(jié)）
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(chǎn)紋理圖。但若道路彎曲得比較厲害，紋理也會出現(xiàn)扭曲。如果哪位能提出更好的紋理坐標(biāo)生成方法，請告知。生成紋理坐標(biāo)后,記得給道路頂點(diǎn)高度往上平移一點(diǎn)點(diǎn)(我取了0.01f),這樣可以避免道路和地形由于Z值相同而產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象.
最后發(fā)一張貼上紋理的道路效果圖，如有什么問題歡迎留言探討。
