Voxel Space實現(xiàn)地形渲染

　　追溯歷史

　　讓我們把時間撥回到1992年。當時的CPU處理速度比現(xiàn)在的要慢1000倍，通過GPU加速當時還未問世，而且CPU也是無法承受的。3D游戲僅在CPU上進行計算，渲染引擎使用單一顏色對多邊形進行渲染填充。

　　MicroProse于1991年發(fā)布的游戲Gunship 2000

　　同年NovaLogic也發(fā)布了游戲科曼奇。

　　NovaLogic于1992年發(fā)布的游戲Comanche

　　在我看來，當時這種圖形出來以后簡直嘆為觀止，它最起碼提前了3年。用戶可以看到很多的細節(jié)，比如山脈，甚至山谷的紋理，這是第一次有一個比較清晰的陰影。當然，它是像素化的，但那時候所有的游戲都是像素化的。

　　渲染算法

　　科曼奇使用了一種名為體素空間（Voxel Space）的技術(shù)，它和ray casting是基于同一個想法。因此，體素空間引擎是2.5D引擎，它不具有規(guī)則的3D引擎提供的所有自由度。。

　　高度地圖和顏色地圖

　　高度地圖和顏色圖是表示地形最簡單的方法。科曼奇使用了1024 * 1024一個字節(jié)代表了高度地圖，同樣使用了1024 * 1024一個字節(jié)表示顏色地圖，你可以在這個網(wǎng)站上下載。這些地圖是周期性：

　　這樣的地圖將地形限制為“地圖上每個位置一個高度” - 因此像建筑物或樹木這樣的復(fù)雜幾何形狀不可能表示出來。然而，色彩地圖的一大優(yōu)點是，它已經(jīng)包含了色彩和陰影。體素空間引擎只需要顏色，在渲染過程中不需要計算光照。

　　基本算法

　　對于3D引擎來說，渲染算法非常簡單。體素空間引擎負責渲染高度地圖和顏色地圖，并繪制垂直線。下圖演示了這種技術(shù)。

　　清除屏幕。

　　為了保證遮擋從后面開始并呈現(xiàn)在前面。這被稱為畫家算法。

　　確定地圖上的線，它對應(yīng)于與觀察者相同的光距離?？紤]視場和透視投影（物體在更遠的地方）

　　光柵線是用來匹配屏幕的列數(shù)。

　　從線段對應(yīng)的二維地圖中檢索高度和顏色。

　　執(zhí)行高度坐標的透視投影。

　　用透視投影中檢索到的高度畫一條垂直線。

　　核心算法以最簡單的形式包含了幾行代碼（python語法）：

　　def Render（p， height， horizon， scale_height， distance， screen_width， screen_height）：

　　# Draw from back to the front （high z coordinate to low z coordinate）

　　for z in range（distance， 1， -1）：

　　# Find line on map. This calculation corresponds to a field of view of 90°

　　pleft = Point（-z + p.x， -z + p.y）

　　pright = Point（ z + p.x， -z + p.y）

　　# segment the line

　　dx = （pright.x - pleft.x） / screen_width

　　# Raster line and draw a vertical line for each segment

　　for i in range（0， screen_width）：

　　height_on_screen = （height - heightmap［pleft.x， pleft.y］） / z * scale_height. + horizon

　　DrawVerticalLine（i， height_on_screen， screen_height， colormap［pleft.x， pleft.y］）

　　p1eft.x += dx

　　# Call the render function with the camera parameters：

　　# position， height， horizon line position，

　　# scaling factor for the height， the largest distance，

　　# screen width and the screen height parameter

　　Render（ Point（0， 0）， 50， 120， 120， 300， 800， 600 ）

　　1234567891011121314151617181920