小米 发表于 2024-7-15 18:40

Unity技术美术教程,生成持续的2D、3D细胞噪声

闲聊

最早学习细胞噪声是为了做体积云,之前写柏林噪声堆集了经验,写新噪声应该能轻松不少吧?
我离准点下班又近了一步


然而,事实是


核心算法

计算过程

细胞噪声是怎么计算的呢,先看一张图,下图是256x256的细胞噪声


我们将其拆分为16个格子


为了便利讲解,把图片外的格子也画出来


在每个格子内放入一个随机点


所有像素点的计算方式都是一致的,这里拿P点举例
先找到P点地址的格子


先算出P点至周围9个点的距离
float GetDistance(float3 pnt0, float3 pnt1) {
    return distance(pnt0, pnt1);
}

float distances;

distances = GetDistance(P, A);
distances = GetDistance(P, B);
distances = GetDistance(P, C);
distances = GetDistance(P, D);
distances = GetDistance(P, E);
distances = GetDistance(P, F);
distances = GetDistance(P, G);
distances = GetDistance(P, H);
distances = GetDistance(P, I);找出离P点比来的距离
float closestDistance = 999999;
float secondClosestDistance = 999999;
float thirdClosestDistance = 999999;

for(int iii = 0; iii < 9; iii++) {
    float tempDistance = distances;

    if(tempDistance < closestDistance ) {
      thirdClosestDistance = secondClosestDistance ;
      secondClosestDistance = closestDistance ;
      closestDistance = tempDistance;
    }
    else if(tempDistance < secondClosestDistance ) {
      thirdClosestDistance = secondClosestDistance ;
      secondClosestDistance = tempDistance;
    }
    else if(tempDistance < thirdClosestDistance ) {
      thirdClosestDistance = tempDistance;
    }
}贴图尺寸为256x256,图片共占用16个格子,每个格子有64x64个像素点
float noiseValue = closestDistance / 64;大功告成!我们算出了P点的细胞噪声!
变体

改削公式还能得到分歧风格的噪声
float GetDistance(float3 pnt0, float3 pnt1) {
    float3 vec = vec0 - vec1;
    return abs(vec .x) + abs(vec .y);
}

float noiseValue = (secondClosestDistance - closestDistance) / 64;

持续性

接下来我们再讨论下噪声的持续性,以P1和P2为例


P1、P2的噪声值由到各自周围9个点的距离决定,只要保证9个距离是一致的,两点的噪声值就相等,即摆布持续


3D噪声是同样的道理,只不外多了一个维度,计算量要大些
分形噪声(FBM)

这是一张频率为4的细胞噪声



图A

频率为8的细胞噪声



图B

频率为16的细胞噪声



图C

分形噪声 = 图A + 图B * 0.5 + 图C* 0.25,即多张噪声图叠加,每次频率翻倍,强度减半,叠加得到的图是这样


细胞噪声的道理讲完了,有没有感觉很简单呢?感兴趣的同学可以挑战下!
插件

分享一个自研噪声插件
主要功能

生成2D、3D细胞噪声,撑持四方、六方持续,以单通道保留(R8)
自定义FBM
演化动画
ComputeShader计算,运行性能良好
下载地址

Github:https://github.com/MagicStones23/Unity-Shader-Tutorial-Seamless-2D-3D-Worley-Noise
百度网盘:https://pan.baidu.com/s/1wyeZGxh_GJTIUuI0-LjWcA?pwd=1111 提取码:1111
东西教程

Unity版本是2021.3


点击Generate生成噪声,点击SaveToDisk将噪声保留到当地
主要参数说明

SaveToDiskPath:保留路径
Resolution:分辩率
Frequency:频率
Is3D:生成3D噪声
IsTilable:生成持续的噪声,需要保证频率>=4,分辩率/频率=整数,例如 256 / 4,256 / 8
FbmIteration:分形噪声迭代次数
RemapTo01:将噪声值从头映射到
Invert:将噪声值反相
ReturnType:风格
Evolution:演化动画,需要配合脚本使用
提示:3D噪声的内存占用和运算量都斗劲大,生成3D噪声时,分辩率最好不要超过256(除非你的显卡很棒)
示例

默认2D噪声


ReturnType = IrregularRock


开启反相


封锁/开启持续



不持续



四方持续

开启重映射,开启反相,FbmIteration = 2


演化,演化功能需要配合脚本使用
public class WorleyNoise_Test_Evolution : MonoBehaviour {
    public float evolutionSpeed;
    public WorleyNoise worleyNoise;

    private void FixedUpdate() {
      float time = Time.realtimeSinceStartup;
      if (time % 3 < 1) {
            worleyNoise.evolution.x += Time.fixedDeltaTime * evolutionSpeed * 1.0f;
            worleyNoise.evolution.y += Time.fixedDeltaTime * evolutionSpeed * 0.75f;
            worleyNoise.evolution.z += Time.fixedDeltaTime * evolutionSpeed * 0.5f;
      }
      else if (time % 3 < 2) {
            worleyNoise.evolution.x += Time.fixedDeltaTime * evolutionSpeed * 0.75f;
            worleyNoise.evolution.y += Time.fixedDeltaTime * evolutionSpeed * 1.0f;
            worleyNoise.evolution.z += Time.fixedDeltaTime * evolutionSpeed * 0.5f;
      }
      else {
            worleyNoise.evolution.x += Time.fixedDeltaTime * evolutionSpeed * 1.0f;
            worleyNoise.evolution.y += Time.fixedDeltaTime * evolutionSpeed * 0.5f;
            worleyNoise.evolution.z += Time.fixedDeltaTime * evolutionSpeed * 0.75f;
      }

      worleyNoise.Generate();
    }
}

https://www.zhihu.com/video/1628019249930260480
默认3D噪声


封锁/开启持续



不持续



六方持续

开启重映射,开启反相,FbmIteration = 2


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此次的教程就到此结束了,如果喜欢记得点个赞,我们下篇文章再见!
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