Использование марширующих кубиков для генерации отверстий в сетке в C# и Unity

Основное поколение сетки: обработка отверстий в единстве

Марширующие кубики-это мощный алгоритм для создания гладких мест на основе вокселей в единстве. Тем не менее, генерирование отверстий в сетке может быть сложным, особенно при работе с модифицированными реализациями. Если определенные условия не обрабатываются правильно, могут появиться неожиданные артефакты геометрии. 🕳

В моем проекте, основанном на оригинальном кодексе Пола Бурка, я столкнулся с проблемой, когда конкретные ячейки не смогли должным образом триангулировать, оставив пробелы в сетке. Анализируя поведение алгоритма, я обнаружил, что неверная обработка значений клеток была ответственной. Отладка этого требовала глубокого погружения в то, как ценности влияют на триангуляцию.

Чтобы решить это, я реализовал метод, чтобы проверить, является ли блок в данной позиции нулевой, и применил текстуру отладки для визуального идентификации недостающих сетчатых областей. Это позволило мне точно определить затронутые районы и усовершенствовать процесс триангуляции, чтобы обеспечить бесшовную местность. 🔍

Эта статья проходит через реализацию, исследуя, почему отверстия образуются в сетчах кубиков и как их исправить. Независимо от того, развиваете ли вы двигатель вокселя или просто экспериментируете с процедурной местностью, освоение этой техники имеет решающее значение для гладких, высококачественных сетей!

Оптимизация генерации сетки с кубиками

Приведенные выше сценарии направлены на то, чтобы эффективно генерировать и отлаживать местность на основе вокселей с использованием Алгоритм марширования кубиков в единстве. Основной сценарий, «MarchingCubesMeshgenerator», обрабатывает трехмерную сетку значений плотности для создания гладкой треугольнической поверхности. Этот метод имеет решающее значение в процедурной генерации местности, например, в играх в стиле Minecraft или медицинской визуализации. Оценивая каждый куб в сетке, сценарий определяет, как интерполировать положения вершины на основе порогов плотности. Это позволяет создавать органические поверхности, а не блочные воксельные структуры. 🏔

Второй сценарий «Meshdebugger» фокусируется на выявлении недостающих треугольников или пробелов в сгенерированной сетке. Это делает это, наложив текстура отладки В проблемных областях, помогая разработчикам визуально обнаружить ошибки в процессе триангуляции. Это особенно полезно, когда отверстия появляются в сетке из -за неверных расчетов плотности. Реальная аналогия была бы скульптором, работающим с глиной-если бы они нашли нежелательные пробелы в своей скульптуре, они улавливают их. Точно так же этот сценарий предоставляет способ «увидеть» эти пробелы в цифровой местности.

Одной из ключевых особенностей этих сценариев является их модульность. Логика генерации сетки структурирована таким образом, что позволяет повторно использовать ее для различных проектов, требующих 3D -реконструкции поверхности. Реализация включает оптимизации производительности, такую ​​как использование списков вместо массивов для динамической обработки данных и вызова Mesh.recalculatenormals () Чтобы обеспечить плавное освещение. Эти практики повышают как визуальное качество, так и вычислительную эффективность. Без этих оптимизаций поколение местности может быть вялым, особенно при работе с крупными воксельными сетками.

Наконец, модульное тестирование играет решающую роль в подтверждении того, что сетка генерируется правильно. Сценарий «MarchingCubestes» проверяет, имеет ли сгенерированная сетка ожидаемое количество вершин и треугольников. Этот шаг аналогичен выполнению проверки качества в производственном процессе - до того, как автомобиль покинет завод, он проходит строгое тестирование, чтобы гарантировать, что все детали работают правильно. Точно так же эти тесты помогают разработчикам поймать ошибки, прежде чем они повлияют на производительность игры. 🛠 Интегрируя инструменты отладки и тестирования, этот подход гарантирует, что процедурная генерация сетки остается как точной, так и эффективной.

using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class MarchingCubesMeshGenerator {
    private float isolevel = 1f;
    private List<Vector3> vertices = new List<Vector3>();
    private List<int> triangles = new List<int>();

    public Mesh GenerateMesh(float[,,] densityGrid, int sizeX, int sizeY, int sizeZ) {
        for (int x = 0; x < sizeX - 1; x++) {
            for (int y = 0; y < sizeY - 1; y++) {
                for (int z = 0; z < sizeZ - 1; z++) {
                    ProcessCube(x, y, z, densityGrid);
                }
            }
        }

        Mesh mesh = new Mesh();
        mesh.vertices = vertices.ToArray();
        mesh.triangles = triangles.ToArray();
        mesh.RecalculateNormals();
        return mesh;
    }

    private void ProcessCube(int x, int y, int z, float[,,] densityGrid) {
        // Implementation for processing each cube in the grid
    }
}

using UnityEngine;

public class MeshDebugger : MonoBehaviour {
    public Material debugMaterial;

    void Start() {
        MeshRenderer renderer = gameObject.AddComponent<MeshRenderer>();
        renderer.material = debugMaterial;

        MeshFilter filter = gameObject.AddComponent<MeshFilter>();
        filter.mesh = GenerateDebugMesh();
    }

    Mesh GenerateDebugMesh() {
        // Generates a simple debug mesh to overlay missing triangles
        return new Mesh();
    }
}

using NUnit.Framework;

public class MarchingCubesTests {
    [Test]
    public void TestMeshGeneration() {
        float[,,] testGrid = new float[16, 16, 16];
        MarchingCubesMeshGenerator generator = new MarchingCubesMeshGenerator();
        Mesh mesh = generator.GenerateMesh(testGrid, 16, 16, 16);

        Assert.IsNotNull(mesh, "Mesh should not be null");
        Assert.IsTrue(mesh.vertexCount > 0, "Mesh should have vertices");
    }
}

Улучшение процедурной генерации местности с помощью передовых методов

Пока Алгоритм марширования кубиков Отлично подходит для получения гладких 3D-поверхностей из данных на основе вокселей, оптимизация их для производительности в реальном времени остается проблемой. Одним из ключевых улучшений включает использование Обработка на основе куски, где местность разделена на более мелкие, управляемые секции. Этот подход гарантирует, что обрабатываются только видимые куски, значительно повышая эффективность рендеринга. Например, в играх открытого мира отдаленные кусочки местности часто упрощаются или не отображаются до необходимости. 🌍

Другим важным аспектом является применение адаптивное разрешение, который динамически настраивает уровень детализации на основе расстояния зрителя. Области крупным планом получают триангуляцию высокого разрешения, в то время как в отдаленных регионах используется меньше многоугольников. Этот метод широко используется в симуляторах полетов, где ландшафты должны появиться подробно, но оставаться в вычислительно управляемой на расстоянии. Без адаптивного разрешения были бы обработаны ненужные вершины, снижая общую производительность.

Наконец, интеграция вычислений на основе GPU с помощью шейдеров или вычислительных шейдеров может значительно ускорить генерацию сетки. Вместо того, чтобы полагаться исключительно на процессор, который может стать узким местом, вычислительные шейдеры позволяют одновременно параллельную обработку множественных ячеек сетки. Это особенно полезно для создания деформируемых мест в реальном времени, таких как пещеры, которые динамически образуются, когда игроки копаются в землю. Используя мощность GPU, игры, такие как No Man's Sky, создают обширные, процедурно генерируемые миры, которые чувствуют себя бесшовными и захватывающими. 🚀