游戏中的过程生成——元胞自动机 Celluar Automata 生成洞穴地形

最近在学习过程生成技术，在这里写一些心得。

对于元胞自动机，我们这里只讨论输入是一副二维bool数组的情况，即大多数游戏中的情况。

一个元胞自动机，对于一个输入，给出一个同样格式的输出。输出中的每个点都是按照自动机中的规则从输入中演化而来的。大部分情况下，一个输出上的点，是根据输入中该点周围的点的状态来决定输出中的状态。

我们输入一个二维bool数组，并且规定它的演化规则为，某个点周围的true较多，就演化为true，否则演化为false。这种规则下，我们输入一个随机生成的噪点图，经过一定次数的演化，就可以获得相当自然的“洞穴”地图。

根据噪点图中噪点的数量，最终生成的洞穴被填充的面积也不同。

unity官方给出了一个用元胞自动机随机生成洞穴地形的教程 https://unity3d.com/cn/learn/tutorials/projects/procedural-cave-generation-tutorial

其中的元胞自动机生成的部分代码有一点错误，它并没有把输入的数组进行备份，直接对每个点进行遍历，因此每个点取到的之前一行的点都是新生成的点。

不过负负得正的是因此生成了看起来更像洞穴的结果。事实上如果按照它的规则，写一个周围有4个true，则下一次变为true，否则变为false的自动机的话，最终的图像会出现非常明显的锯齿抖动。如下图。

上图中的锯齿不管进行几次迭代都会一直存在

我做出的修正是当周围的格子为true时刚好有4个时，则自身保持不变。最终获得了看起来像是洞穴的效果。

类似这样的小调整可以做很多，比如边界上的点的处理等。通过不断调整可以获得各种不同效果。

贴一下代码

using UnityEngine;
using System.Collections;
namespace CS.MapGeneration {
    public class CelluarAutomata {
        private static int[,] offset = {
            { -1, -1 }, { -1, 0 }, { -1, 1 },
            {0,-1 },    {0,1 },
            {1,-1 }, {1,0 }, {1,1 }
        };
        private static int GetNeighbourCount(bool[,] map,int x,int y) {
            int res = 0;
            for (int i = 0; i < offset.GetLength(0); i++) {
                int nx = x + offset[i, 0];
                int ny = y + offset[i, 1];
                if (nx<=0 || ny <=0 || nx>=map.GetLength(0) || ny >= map.GetLength(1) ||map[nx,ny])
                    res++;
            }
            return res;
        }
        
        public void Iterate(bool[,] map) {
            bool[,] copy = map.Clone() as bool[,];
            for(int i = 0; i < copy.GetLength(0); i++) {
                for(int j = 0; j < copy.GetLength(1); j++) {
                    map[i, j] = Rule(copy, i, j);
                }
            }
        }

        protected static bool Rule(bool[,] map, int x,int y) {
            if (!map[x, y] && GetNeighbourCount(map, x, y) > 4)
                return true;
            else if (map[x, y] && GetNeighbourCount(map, x, y) < 4)
                return false;
            return map[x, y];
        }
    }
}