Unity5.6大规模地形—地形资源的创建（1）

在很多仿真和游戏应用中都需要大规模地形，这样会使3D环境似乎“无限大”，增加用户的真实感，比如飞行模拟游戏。那么在Unity中如何实现大规模地形场景呢？官方中文论坛中有一个帖子讲得比较在点，帖子地址在这里：http://forum.china.unity3d.com/forum.php?mod=viewthread&tid=117。总结起来有三点：地形分块，动态加载和卸载，内存优化。其中前两点是最基本的。

最近一直在研究这个问题，也查了好多资料，博客、论坛，甚至一些科研论文，还并没有发现一套完整的解决方案（也许Asset Store上有，不过并没有找到免费的）。于是决定在这里将研究过程中的一些思路和实施方法分享给诸位Unity开发者，我会根据研究的进度不定时地更新这个系列。欢迎各位一起讨论！

我采用WorldMachine来绘制地形，并分块导出heightmap和texture。WorldMachine的使用暂时并没有深入研究，而分块导出的方法在WM手册上描述的比较详细。这一部分以后会单独更一篇，现在我们暂且不论。那么有了heightmap和texture如何创建Unity地形，或者说是Terrain Object呢？这里介绍两种方法：

1. 在Editor中手动创建

这部分很多博客都有介绍，简单介绍，有几个关键地方提一下。

创建Terrain对象，它自动包含一个Terrain组件，包含了所有属性设置。

点击这个Import Raw...按钮，导入你的高度图，我从WM中导出的heightmap资源采用.r16格式（16位raw），选择后弹出这个对话框：

Unity会自动识别heightmap的一些信息。我的平台选择Windows（mac有什么不同呢？）。Terrain Size设置包括地形大小和高度，注意这个Y值是你希望的地形高度中最大值和最小值之间的差值，它决定了你的地形的整体高度。我一开始对这个值的存在有一点疑惑，直到方法2的实现才明白其中的细节（先按下不表）。另外一个最重要的地方，一定要勾选Flip Vertically，为什么呢？WM三维空间中采用右手系（y轴向上），而Unity采用左手系（y轴也向上），在二者x轴正向相同的情况下，z轴恰好反转。如果没有勾选这个选项，你的texture显然就没法用了。设置完毕后，效果如下：

加上贴图也很简单，不过要将texture尺寸设置为和地形一样的大小，最终效果如下：

如此，一块地形就做好了，可以将它做成Prefab方便在场景中调用。不过这种方法的问题是，我的大地形可能要分许多块，那我总不能每一块都这样手工做一遍吧...不管工作量是否允许，面对这种重复工作我们都应该尽量去找到自动化实现的方法！因此就有了方法2。

2. 通过Editor扩展批量生产

不过说到底这个方法还是看的别人的，在Unity Community Wiki这个社区发现的一篇好帖，上链接：http://wiki.unity3d.com/index.php/TerrainImporter。看完发现这个帖子是在Unity3版本时创建的，似乎现在这个社区都没有什么人光顾了。。。

Unity允许对Editor功能进行扩展，方法是在Editor文件夹下创建脚本，使用的API大多在UnityEditor命名空间中，这样我们可以用脚本代替一些手动工作。它的意义在于脚本和一些配置文档（比如txt，xml格式）作为静态的存在，可以保存我们的编辑指令、设置、操作等，方便完成对多个不同对象的重复操作，简单来说就是说就是“自动化”地“批量生产”。

现在，我们要编写Editor Script来实现方法1中的工作。那么首先我们要查询Script API文档，搞明白地形创建的流程。地形的核心在于TerrainData，每一次我们在hiearchy视图中创建一个Terrain对象时，Unity会自动为它创建一个TerrainData类型的对象，如图那个灰色的东西就是。

我们的heghtmap和texture都要交付于这个类型来实现。这里，我们先只介绍heightmap是如何加载进TerrainData对象的。先上代码：

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

using UnityEditor;
using System.IO;
using System;

public class ImportTerrain : MonoBehaviour
{
    [MenuItem("AssetDatabase/ImportTerrain")]
    static void GenerateTerrain()
    {
        string terrainDataPath = "Assets/512Test/td.asset"; //路径
        //创建TerrainData对象
        TerrainData terrainData = (TerrainData)AssetDatabase.LoadAssetAtPath(
            terrainDataPath, typeof(TerrainData));
        if (!terrainData)
        {
            terrainData = new TerrainData();
            AssetDatabase.CreateAsset(terrainData, terrainDataPath);
        }
        //地形设置
        Vector3 terrainSize = new Vector3(512, 250, 512); //地形的大小，最高、最低点的差值
        terrainData.size = terrainSize;
        terrainData.heightmapResolution = 513;
        float[,] height = new float[512, 512]; //地形高度数组
        //读取高度文件
        FileInfo hmFile = new FileInfo(@"Assets/512Test/output_x0_y0.r16");
        FileStream hmFs = hmFile.OpenRead();
        const int BYTESIZE = 512 * 512 * 2;
        byte[] hmB = new byte[BYTESIZE];
        int result = hmFs.Read(hmB, 0, BYTESIZE); //读取.r16字节流
        hmFs.Close();
        //赋值
        int i = 0;
        for (int x = 0; x < 512; x++)
        {
            for (int y = 0; y < 512; y++)
            {
                //注意两点：
                //Windows字节序
                //右手系转换到左手系
                height[511-x, y] = (hmB[i++] + hmB[i++] * 256.0f) / 65535.0f;
            }
        }
        terrainData.SetHeights(0, 0, height); //一切都是为了这个方法...
    }
}

这个脚本在Editor中添加了一个ImportTerrain按钮，点击这个按钮会自动创建一个名为hd的TerrainData资源，有了这个资源我们可以在场景中使用脚本很方便地创建Terrain对象。这个功能实现的重点在于：如何从.r16格式的高度图文件中提取我们需要的TerrainData.SetHeights方法的参数——一个二维float型数组。

首先，如何解析.r16文件？从WorldMachine中导出的.r16文件时一种二进制文件，存储了所有高度的字节，每个高度都有16位精度（而raw格式是8位）。比如从WM中导出一张分辨率为512*512的heightmap，格式存储为.r16，这样每个高度2byte，共512*512*2byte=512kb，查看一下.r16文件大小果然是这样。那么使用.NET平台的库函数可以很方便地将这些字节读取到内存中，存储为一个字节数组。

其次，如何解析这个字节数组？显然每两个相邻字节表示一个高度值，在Windows中字节序是低8位在前，高8位在后存储（iOS正好相反）。从帖子中的代码来看，.r16是按照行优先存储的，并且是以左上角为坐标原点。还记得我们使用Editor中Import Heightmap按钮时，弹出界面有一个Flipp y（翻转y轴）的选项吧？没错，我们的代码要考虑左手系与右手系的不同。最后一点，地形高度数组的元素全部是介于0~1之间的float型数值。实际高度值还由最大高度和最小高度之间的差值决定，这个值在terrainData.size中设置。我们可以发现这里的实现，与方法1中高度图对话框的设置之间具有明显的对应关系，也能够解释方法1中我们留下的一些疑问。

总结一下，这个脚本只是我参照原贴中javascript脚本，用C#写的测试脚本，存在着许多问题。比如，只实现了高度图的导入，并没有texture；代码可能比较丑陋可靠性完全没有考虑；并没有结合配置文件来实现所谓的“批量生产”...就当是一个初步研究成果吧，后续我会在项目中完善剩余的功能，编写完整的代码模块。也希望继续分享后续的Unity研究，欢迎各位开发者参与讨论！

参考文献（部分文中也有）：

1. 飞行模拟大地形方案：http://forum.china.unity3d.com/forum.php?mod=viewthread&tid=117

2. 方法2的原文链接：http://wiki.unity3d.com/index.php/TerrainImporter

3. Unity Script API文档：https://docs.unity3d.com/ScriptReference/TerrainData.html

4. MSDN：https://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/system.io(v=vs.110).aspx