Unreal Engine最好的部分之一就是它對(duì)那些偏藝術(shù)的人來(lái)說(shuō)是無(wú)障礙的。隨著虛幻引擎4的首次發(fā)布，人們發(fā)現(xiàn)自己可以制作整個(gè)游戲，而不必觸及C 。從那時(shí)起，人們一直在挑戰(zhàn)藍(lán)圖的極限，Epic則通過(guò)更新擴(kuò)展工具集來(lái)做出回應(yīng)。

Unreal引擎中一個(gè)非常強(qiáng)大的部分是程序化網(wǎng)格（procedural mesh）組件，它接收數(shù)組輸入并輸出靜態(tài)網(wǎng)格。

將程序化網(wǎng)格與渲染到紋理（render to texture）功能相結(jié)合，可以完全在引擎中程序化地創(chuàng)建紋理資源！

這很有用，因?yàn)椋?/span>

• 你可以準(zhǔn)確地看到資產(chǎn)在構(gòu)建時(shí)的外觀。
• 在構(gòu)建資產(chǎn)時(shí)就可以在其環(huán)境中看到該資產(chǎn)。
• 更新都是實(shí)時(shí)的。

這有大量的潛在應(yīng)用，我一直在研究風(fēng)格化的植被（Foliage）生成，對(duì)于傳統(tǒng)建模工具而言這是一個(gè)痛苦的任務(wù)，而程序化網(wǎng)格則非常適合用于解決這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)橛螒驑?shù)主要由簡(jiǎn)單的形狀（圓柱體和平面）組成，并且更多地是關(guān)于這些形狀的正確放置和輕微變化，而不是它們各自的復(fù)雜性。

使用程序網(wǎng)格組件構(gòu)建的一些樹(shù)：

如果你有興趣試用該工具，可以在此處下載。

使用此工具時(shí)，我建議增加項(xiàng)目設(shè)置中的最大循環(huán)計(jì)數(shù)（Max Loop Count）。如果超過(guò)項(xiàng)目設(shè)置的最大循環(huán)計(jì)數(shù)，我們的幾何圖形將無(wú)法正確構(gòu)建！

1、程序化創(chuàng)建三角形

讓我們從簡(jiǎn)單的網(wǎng)格對(duì)象開(kāi)始，渲染一個(gè)三角形。創(chuàng)建新的Actor藍(lán)圖并添加程序化網(wǎng)格組件。創(chuàng)建DrawTriangle函數(shù)，并將其插入到構(gòu)造腳本中：

添加兩個(gè)數(shù)組：

• 向量數(shù)組，用來(lái)表示頂點(diǎn)
• 整數(shù)數(shù)組，用來(lái)表示頂點(diǎn)數(shù)組的目標(biāo)索引

在這里我們有三角形的三個(gè)頂點(diǎn)和創(chuàng)建該三角形所需的整數(shù)順序。注意我們需要列出頂點(diǎn)的順序，如果存儲(chǔ)0，1，2，則三角形將會(huì)方向錯(cuò)誤。

程序化網(wǎng)格組件輸出到Create Mesh Section（創(chuàng)建網(wǎng)格截面）函數(shù)，并將上述數(shù)組鏈接到對(duì)應(yīng)的輸入中。

嘿！我們成功制作了一個(gè)三角形！

2、程序化創(chuàng)建平面

現(xiàn)在讓我們更復(fù)雜一點(diǎn)，做一個(gè)平面。首先需要添加更多的數(shù)組。我們需要補(bǔ)充：

• 法線向量數(shù)組
• 切線結(jié)構(gòu)向量數(shù)組
• UV二維矢量數(shù)組

別擔(dān)心，我們將用一些小技巧獲得法線和切線！

請(qǐng)記住，就像以前一樣，我們需要先清理數(shù)組數(shù)據(jù)。

然后創(chuàng)建Draw Quad函數(shù)，并添加兩個(gè)嵌套循環(huán)，用來(lái)處理x 和 y的每個(gè) 值。

然后取當(dāng)前的 x 和 y 值，乘以一個(gè)值（距離），并將其添加到向量數(shù)組中，最后將UV當(dāng)前 x 和 y 值除以其總計(jì)（長(zhǎng)度）以獲得歸一化值。

然后，我們可以使用Create Grid Mesh Triangles（創(chuàng)建網(wǎng)格三角形）功能自動(dòng)生成指定數(shù)量的三角形。雖然以后無(wú)法使用它，但就目前而言，這是生成三角形數(shù)據(jù)網(wǎng)格的簡(jiǎn)單方法。

我們還需要法線和切線，這樣我們就可以使用Calculate? Tangents for Mesh（計(jì)算網(wǎng)格的切線）函數(shù)來(lái)得到結(jié)果。

下面是最終得到的完整函數(shù)，點(diǎn)擊鏈接查看放大的視圖：

下面是構(gòu)造腳本：

結(jié)果：

3、程序化創(chuàng)建圓柱體

一旦有了網(wǎng)格，將形狀從平面更改為圓柱體就是一件簡(jiǎn)單的事情：我們不再將定點(diǎn)與網(wǎng)格對(duì)齊，而是將它們纏繞在軸上。

取我們之前創(chuàng)建的 X 和 XLength 值，將它們相除以得到歸一值，然后乘以 360，從而得出角度。我們希望圍繞 z 軸旋轉(zhuǎn) x 軸，因此獲取這些值并將它們插入，并通過(guò)與浮點(diǎn)數(shù)相乘來(lái)控制距離。

像這樣將此新計(jì)算與原始的 x*float 交換，點(diǎn)擊鏈接 查看大圖。

現(xiàn)在我們的平面就變成了圓柱體！

如果我們?nèi)w一化的y或z值，并用1-x反轉(zhuǎn)，則創(chuàng)建一個(gè)圓錐體！

4、讀取網(wǎng)格數(shù)據(jù)

我們需要的最后一個(gè)元素是讀取網(wǎng)格數(shù)據(jù)。Get? Section from Static Mesh（從靜態(tài)網(wǎng)格體獲取截面）函數(shù)可以從任何網(wǎng)格中獲取數(shù)據(jù)并輸出供我們使用。現(xiàn)在，我們可以對(duì)任何網(wǎng)格進(jìn)行采樣，對(duì)其進(jìn)行修改，然后將其散布在表面上。

現(xiàn)在，我們已經(jīng)有了構(gòu)建程序化內(nèi)容所需的基礎(chǔ)。在下一部分中，我們將介紹如何利用這些工具制作一個(gè)簡(jiǎn)單的樹(shù)生成器。

5、程序化生成植被

在深入研究植被生成工具開(kāi)發(fā)之前，我強(qiáng)烈建議你下載并嘗試一下，否則我們將討論的一些主題將非常抽象！你可能還會(huì)注意到一些未涵蓋的對(duì)pivot painter的引用。這是我目前正在開(kāi)發(fā)的額外功能，尚未完成！

樹(shù)葉工具分為五個(gè)單獨(dú)的藍(lán)圖：

1、父藍(lán)圖 Tree Parent

• 保存將在所有子項(xiàng)之間共享的數(shù)據(jù)。
• 樹(shù)干、樹(shù)枝和樹(shù)葉藍(lán)圖均繼承自它。

2、樹(shù)干 Trunk

• 繼承自Tree Parent
• 樣條控制的網(wǎng)格
• 只制作一個(gè)網(wǎng)格
• 提供大量用戶控制

3、樹(shù)枝 Branch

• 繼承自Tree Parent
• 沿表面或隨機(jī)生成多個(gè)樹(shù)枝
• 用戶控制僅限于隨機(jī)變量范圍
• 可以相互疊加

4、樹(shù)葉 Leaf

• 繼承自Tree Parent
• 讀取網(wǎng)格數(shù)組并沿樹(shù)干/樹(shù)枝或隨機(jī)放置
• 不能有子節(jié)點(diǎn)

5、合成器 Compositer

• 以TreeParent數(shù)組為輸入，將網(wǎng)格重建為單個(gè)資產(chǎn)
• 檢測(cè)并合并重復(fù)材質(zhì)，以減少材質(zhì)數(shù)量

你可能會(huì)想，為什么要這樣做?。亢冒?，分解樹(shù)有多種好處：

• 在層次結(jié)構(gòu)上進(jìn)行更改時(shí)不必重繪整個(gè)網(wǎng)格
• 快速分離和隱藏資產(chǎn)的元素
• 刪除部分而不會(huì)破壞整個(gè)樹(shù)
• 資源將組件化，因此可以將樹(shù)的一部分復(fù)制粘貼到其他樹(shù)上
• 拆分隨機(jī)種子生成，以便獲得更多控制

所有這些元素結(jié)合在一起，讓用戶構(gòu)建一個(gè)模塊化的組件堆棧，這些組件"應(yīng)該"允許他們制作任何類(lèi)型的樹(shù)！

6、父藍(lán)圖 – Tree Parent

為了避免重復(fù)工作，我們應(yīng)該首先創(chuàng)建一個(gè)作為基礎(chǔ)的父藍(lán)圖，其他藍(lán)圖需要繼承父藍(lán)圖。這很有用，因?yàn)槲覀兎湃敫杆{(lán)圖中的任何數(shù)據(jù)都將在其后代藍(lán)圖中共享。例如，每個(gè)資產(chǎn)類(lèi)型都需要一個(gè)材質(zhì)引用和一組網(wǎng)格數(shù)組，以便將信息添加到父級(jí)，以便傳播到其子級(jí)。

將程序化網(wǎng)格組件添加到TreeParent藍(lán)圖中。

我們還需要一些變量，每個(gè)子藍(lán)圖都需要這些變量。

Base：

• Material：應(yīng)用于網(wǎng)格的材質(zhì)，這意味著我們每個(gè)組件只支持一種材質(zhì)。
• ProcMesh，一個(gè)包含頂點(diǎn)、三角形、UV 和頂點(diǎn)顏色等制作網(wǎng)格所需的數(shù)組的結(jié)構(gòu)。法線在具有函數(shù)后生成。
• RandomSeed，隨機(jī)種子，隨機(jī)化網(wǎng)格的一部分。

References：

• Parrent，樹(shù)藍(lán)圖變量，用于引用其所有者。
• Root，表示網(wǎng)格合成工具，用于獲取存儲(chǔ)順序。
• ChildRefs，父藍(lán)圖數(shù)組，用于告訴父級(jí)對(duì)象進(jìn)行更新。
• Ts，轉(zhuǎn)換數(shù)組的數(shù)組，用于存儲(chǔ)樹(shù)枝信息?？梢园阉胂蟪蓸?shù)的骨架。父藍(lán)圖引用此內(nèi)容來(lái)獲取生成位置。

一個(gè)共享函數(shù)，它告訴子數(shù)組中的資產(chǎn)進(jìn)行更新。每次更改組件時(shí)都會(huì)調(diào)用它（但請(qǐng)記住，在我們創(chuàng)建之前，這些函數(shù)或強(qiáng)制轉(zhuǎn)換都不存在）。

如果我們不更新子組件，則樹(shù)將很快斷開(kāi)連接。

7、樹(shù)干 Trunk

樹(shù)干藍(lán)圖應(yīng)繼承自 TreeParent，并且基于可編輯樣條曲線。從添加組件下拉列表中選擇樣條線就可以將其添加到任何藍(lán)圖中，就像我們對(duì)程序化網(wǎng)格組件所做的那樣。

可以看到我們已經(jīng)繼承的組件：

在構(gòu)造腳本中，我們添加了一個(gè)名為 Draw 的新函數(shù)。我們將對(duì)藍(lán)圖自身及其所有子藍(lán)圖進(jìn)行此調(diào)用。

Draw函數(shù)檢查父樹(shù)干是否已存在，如果存在，則沿父樣條移動(dòng)組件，否則將直接移動(dòng)以創(chuàng)建網(wǎng)格。最后，通知子項(xiàng)使用"Update Children"進(jìn)行更新。

I在 Create Base Segments中，我們清理歷史幾何數(shù)據(jù)，計(jì)算新數(shù)據(jù)，然后重新繪制網(wǎng)格，在這個(gè)教程中，這一模式我們將反復(fù)運(yùn)用。

對(duì)于幾何圖形，我們需要兩個(gè)整數(shù)，一個(gè)用于長(zhǎng)度段的數(shù)量，另一個(gè)用于徑向段的數(shù)量。

獲取我們想要的樣條長(zhǎng)度和長(zhǎng)度段數(shù)，將它們除以得到每個(gè)點(diǎn)之間的距離，并將其設(shè)置為稱(chēng)為對(duì)于我們的幾何圖形，我們需要兩個(gè)整數(shù)，一個(gè)用于長(zhǎng)度段的數(shù)量，另一個(gè)用于徑向段的數(shù)量。

獲取我們想要的樣條長(zhǎng)度和長(zhǎng)度段數(shù)，將它們除以得到每個(gè)點(diǎn)之間的距離，并將其設(shè)置為稱(chēng)為Segment Distance（段距離）的浮點(diǎn)數(shù)。

然后循環(huán)處理每個(gè)長(zhǎng)度段，并得到樣條線上指定距離處的變換。長(zhǎng)度將是當(dāng)前循環(huán)序號(hào) * 段距離?？梢允褂?x 或 y 來(lái)控制軀干的厚度。將其乘以暴露的值，為網(wǎng)格添加均勻大小。

你可能需要在此處旋轉(zhuǎn)，以使其與樹(shù)枝的旋轉(zhuǎn)對(duì)齊。

將轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)在數(shù)組中，這非常重要，因?yàn)槲覀冃枰环N通用方法來(lái)了解樹(shù)枝在空間的位置，并且并非每個(gè)藍(lán)圖都有樣條組件。稍后將添加到 Ts 數(shù)組（在 TreeParent 中創(chuàng)建）。

然后，我們?cè)贒raw Radius函數(shù)中圍繞該變換繪制頂點(diǎn)。這類(lèi)似于我們之前繪制幾何圖形的方式。單擊鏈接以查看完整圖表。

這里唯一的主要區(qū)別是我們制作三角形數(shù)組的方式。這對(duì)于樹(shù)干來(lái)說(shuō)是不必要的，但對(duì)于多個(gè)樹(shù)枝來(lái)說(shuō)絕對(duì)至關(guān)重要。網(wǎng)格三角形函數(shù)只期望單一網(wǎng)格，但是如果我們想制作多個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)格，需要偏移三角形計(jì)數(shù)器。

完成所有這些操作后，我們需要獲取基本轉(zhuǎn)換數(shù)組，并將其設(shè)置為 Ts 數(shù)組。此處的索引表示多個(gè)分支，但由于我們只創(chuàng)建一個(gè)段，因此僅將其設(shè)置為索引 0。

一旦獲得了所有數(shù)據(jù)，剩下的就是繪制網(wǎng)格了！

8、樹(shù)枝 Branch

希望你現(xiàn)在已經(jīng)識(shí)別出這種模式，清除舊數(shù)據(jù)并生成新數(shù)據(jù)。樹(shù)枝藍(lán)圖需要接收一個(gè)父級(jí)（如果存在），并沿其分散多個(gè)樹(shù)枝。如果父藍(lán)圖不存在，我們將直接散落在地上。

上面沒(méi)有什么新內(nèi)容，因此讓我們繼續(xù)Make Branch Data（制作樹(shù)枝數(shù)據(jù)），此函數(shù)的大部分內(nèi)容是為我們正在創(chuàng)建的每個(gè)樹(shù)枝查找生成點(diǎn)（點(diǎn)擊鏈接查看大圖）。

首先要確定是否有父藍(lán)圖。如果是這樣，我們得到父級(jí)的 T 數(shù)組，這是一個(gè)轉(zhuǎn)換數(shù)組。每個(gè)樹(shù)枝都是一個(gè)新的轉(zhuǎn)換數(shù)組。這意味著，如果父樹(shù)枝有 8 個(gè)分支，而我們選擇創(chuàng)建 4 個(gè)分支，則它總共生成 32 個(gè)分支。如果父藍(lán)圖是樹(shù)干，則 T 數(shù)組將只有一個(gè)轉(zhuǎn)換條目。

如果它沒(méi)有父級(jí)，那么繼續(xù)循環(huán)進(jìn)行分支計(jì)數(shù)并計(jì)算出歸一化距離。

下一步是弄清楚每個(gè)分支的起源應(yīng)該是什么。如果沒(méi)有父級(jí)，只需獲取對(duì)象的原點(diǎn)即可。如果存在父級(jí)，則獲取當(dāng)前變換數(shù)組并根據(jù)規(guī)范化距離查找位置。還可以在此處添加鉗位值以縮小范圍。

這里有一個(gè)圖表，如果這聽(tīng)起來(lái)令人困惑，可以更好地解釋它。在下圖中，頂部值是需要轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換數(shù)組的規(guī)范化距離。乘以轉(zhuǎn)換索引計(jì)數(shù)，得到最接近的索引，余數(shù)是下一個(gè)索引之間的距離。此計(jì)算將給我們一個(gè)沿變換長(zhǎng)度的粗略距離。

生成最小和最大矢量之間的隨機(jī)位置。

合并位置，使用自定義宏修改旋轉(zhuǎn)并修改比例。

整理出原點(diǎn)旋轉(zhuǎn)是一個(gè)非常重要的元素。為了獲得易于控制的結(jié)果，可以使用圍繞索引旋轉(zhuǎn)并使用方向矢量以避免鎖定（鏈接）。

一旦獲得原點(diǎn)后，將其添加到pivot數(shù)組并創(chuàng)建分支。

在樹(shù)干示例中，我們使用樣條線進(jìn)行變換，然后圍繞它構(gòu)建幾何圖形。

我們不能在這里這樣做，因?yàn)闃訔l不存在。相反，我們必須生成這些點(diǎn)（鏈接）。

這里我們?nèi)≡c(diǎn)。

抓取當(dāng)前垂直長(zhǎng)度。我們需要這個(gè)來(lái)抵消我們的三角形計(jì)數(shù)。三角形數(shù)組只是引用頂點(diǎn)數(shù)組上的索引，因此需要偏移量來(lái)保持三角形引用的正確性。生成最小值/最大值之間的隨機(jī)分支長(zhǎng)度。

然后對(duì)于分支上的每個(gè)點(diǎn)。

找出下一個(gè)點(diǎn)的位置。接受最后一個(gè)變換，通過(guò)乘以方向矢量來(lái)抵消它。通過(guò)一些受控的旋轉(zhuǎn)稍微調(diào)整它。

再次創(chuàng)建網(wǎng)格數(shù)據(jù)，就像我們之前所做的那樣。

分支藍(lán)圖的重要功能是它是可堆疊的。我們應(yīng)該能夠在樹(shù)枝上的樹(shù)枝上建立分支，等等。

可能遇到的唯一問(wèn)題是我們的分支計(jì)數(shù)是指數(shù)級(jí)的。如果第一層有 6 個(gè)分支，第 2 層和第 3 層有 4 個(gè)分支，我們將得到 96 個(gè)分支，而不是 14 個(gè)分支。如果我們添加包含 4 個(gè)分支的第 4 層，則得到 384 個(gè)分支。整個(gè)操作都使用循環(huán)，這意味著如果數(shù)字太大，我們將遇到很多麻煩。

9、樹(shù)葉 Leaf

樹(shù)葉不能有子級(jí)，因此它們將始終處于各自層次結(jié)構(gòu)的末尾。藍(lán)圖將對(duì)網(wǎng)格數(shù)組進(jìn)行采樣，并將它們分散到樹(shù)干或樹(shù)枝資源中。我們?cè)谶@里可以做的一個(gè)有用的技巧是使用渲染實(shí)例而不是繪制幾何圖形，這可以大大提高性能。在這里，我們添加一個(gè)切換開(kāi)關(guān)來(lái)表示是否利用此優(yōu)化。

對(duì)于此組件，創(chuàng)建一個(gè)可由用戶設(shè)置的網(wǎng)格數(shù)組。對(duì)于每個(gè)網(wǎng)格，使用get section from static mesh（從靜態(tài)網(wǎng)格體獲取部分）函數(shù)來(lái)獲取每個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)并將其存儲(chǔ)以供以后使用（鏈接）。

與樹(shù)枝藍(lán)圖相同，清除舊數(shù)據(jù)，檢查父數(shù)據(jù)，然后循環(huán)處理。

找到與以前相同的生成點(diǎn)，然后創(chuàng)建網(wǎng)格或添加實(shí)例。

添加網(wǎng)格數(shù)據(jù)非常簡(jiǎn)單（鏈接）。

我們得到三角形偏移量，并選擇一個(gè)要復(fù)制的網(wǎng)格。

按長(zhǎng)度偏移三角形。按生成點(diǎn)轉(zhuǎn)換頂點(diǎn)數(shù)據(jù)，將其全部存儲(chǔ)在數(shù)組中。

10、合并

組裝完各個(gè)組件后，需要將它們整理到一個(gè)可以導(dǎo)出的統(tǒng)一網(wǎng)格中。函數(shù)可以作為按鈕向編輯器公開(kāi)，而不是在構(gòu)造腳本中運(yùn)行它。這允許在運(yùn)行腳本時(shí)進(jìn)行更高級(jí)別的控制。

在此功能中，我們清除舊數(shù)據(jù)，構(gòu)建唯一的材質(zhì)數(shù)組（這避免了使用重復(fù)材料創(chuàng)建任何資產(chǎn)），必要時(shí)重建網(wǎng)格數(shù)據(jù)并輸出網(wǎng)格。作為優(yōu)化，我們應(yīng)該重建網(wǎng)格以避免大量重復(fù)的材質(zhì)分配。

將組件整理成一組數(shù)組（鏈接）。

檢查我們構(gòu)建的材質(zhì)數(shù)組在長(zhǎng)度上是否與組件數(shù)組相匹配。如果材質(zhì)比組件少，我們知道是一些共享的材質(zhì)。

此時(shí)，我們必須遍歷每個(gè)組件的三角形數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行偏移，以便在組合在一起時(shí)與頂點(diǎn)數(shù)組對(duì)齊。

最后，采用新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)并創(chuàng)建一個(gè)靜態(tài)網(wǎng)格。

單擊合成器上的程序網(wǎng)格組件，然后按"創(chuàng)建靜態(tài)網(wǎng)格"按鈕。這將提示選擇一個(gè)位置，選擇一個(gè)名稱(chēng)就可以了：

11、結(jié)論

這只是你可以使用過(guò)程網(wǎng)格組件創(chuàng)建的資產(chǎn)類(lèi)型的一個(gè)示例。有各種各樣的可能性，也不僅限于編輯器創(chuàng)建，你也可以在游戲中使用此功能！

我們也不能在不提到Houdini的情況下完成一篇關(guān)于程序化工具的文章，這是一個(gè)純粹專(zhuān)注于程序化內(nèi)容生成的出色工具。它有一個(gè)很棒的UE4插件，你可以用它來(lái)處理Houdini引擎資源。

原文鏈接：http://www.bimant.com/blog/ue4-procedural-foliage-tool/