Zawierać (cytowalny) szum: od punktów cechowych do tekstur podobnych do podziału ziemi

Zakłócenie stworzone z odległości, nie gradientów

Worley noise — zaproponowane przez Stevena Worley'ego w 1996 roku i również nazywane cellular noise — podchodzi do generowania zakłóceń zupełnie inaczej niż Perlin's gradient noise. Rozrzucamy zestaw losowych punktów cech po płaszczyźnie, a następnie dla każdego piksela szukamy odległości do najbliższego punktu cech i używamy tej odległości jako wartości zakłócenia. Wynik nie jest gładki i chmurkowy; jest cellular — każdy punkt cech ma region wokół siebie, a granice między obszarami tworzą ostre lub łagodne krawędzie w zależności od wybranej metryki odległości i zrankowanej sąsiedni punktu.

F1, F2 i algebra między nimi

Konwencja zakłada obliczanie dla każdego piksela uporządkowanego listy odległości do punktów cech: F1 to odległość do najbliższego punktu, F2 – do drug najbliżejgo, a dalej tak dalej. Używanie tylko F1 powoduje tworzenie wzoru podobnego do Voronoi, gdzie każda komórka jest około jednolitej koloru, który się zasłania w centrum i oświetla na granicy – to od czego zaczynają się tekstury kamienne, pęknięte gliny i organiczne komórkowe. Kombinując F1 i F2 otwieramy całą inną rodzinę: F2 − F1 tworzy jasne, cienkie linie dokładnie wzdłuż granic komórek Voronoi (wartość jest równa zero tylko tam, gdzie piksel jest równo oddalony od dwóch punktów cechowych), co jest standardowym technikiem do tworzenia procedywnych tekstur pękniętego ziemi, skali żółwia i okładkowych szklanych.

for each pixel p:
  distances = sort([ dist(p, feature_i) for feature_i in nearby_points ])
  F1 = distances[0]
  F2 = distances[1]
  value = F1            // classic cellular blobs
  value = F2 - F1        // bright cell-boundary lines (~0 at edges)
  value = F1 * F2        // sharper, more contrasted cell interiors

Metryki odległości zmieniają kształt komórek całkowicie

Wszystko powyżej zakłada metrykę euklidesową, która tworzy znajome, organiczne kształty komórek. Zamiast niej użycia metryki Manhattan (|Δx| + |Δy|) daje kwadratowe komórki z prostymi, ostrymi brzegami; metryka Chebyshev (max(|Δx|, |Δy|)) tworzy kwadratowe komórki. Jeden tylko parametr jest wystarczający, aby przenieść tą samą podstawową algorytmikę od "wygląda na komórkę biologiczną" do "wygląda na płytę elektroniczną" lub "wygląda na ceramiczę płytkę z rysami", bez zmiany umieszczenia punktów cechowych.

Szybkość: funkcja punktów zdefiniowanych w kubikach

Implementacja prosta sprawdza każdy piksel przeciwko każdemu punktowi cechowego na całym obrazie — O(piksele × punkty). Na naprawdę dużej rozdzielczości jest niemożliwa. Standardowe rozwiązanie polega na tym samym triku z przestrzenną haszowaniem używanym w całości grafiki komputerowej: podzielić płaszczyznę na siatkę komórek, zapewnić, że każda komórka ma co najwyżej jeden (lub małą ustaloną liczbę) losowych punktów cechowych, używając haszowania współrzędnych komórki jako siedmiotkanu, a dla każdego zapytującego piksela sprawdzić tylko punkty cechowe w swojej własnej komórce siatki i osiem bezpośrednich sąsiadów. Ponieważ gęstość punktów cechowych jest ograniczona przez konstrukcję na każdym komórkowym poziomie, to zmniejsza koszt na piksel O(punktów) do O(1). I krytycznie, ponieważ punkty cechowe są wygenerowane z haszowania współrzędnych siatki, a nie przechowywane w tablicy, szum jest nieskończony, bezpiecznie powtarzalny i nie wymaga wcześniejszej tabeli przeszukiwania.

// bucketed Worley — check only the pixel's own cell + 8 neighbours
function nearestFeatureDist(p) {
  const cell = floor(p / cellSize);
  let best = Infinity;
  for (let dy = -1; dy <= 1; dy++)
    for (let dx = -1; dx <= 1; dx++) {
      const c = cell + [dx, dy];
      const feature = hashToPoint(c);   // deterministic per-cell pseudo-random point
      best = Math.min(best, dist(p, feature));
    }
  return best;
}

Gdzie jest widoczne

Worley noise stanowi standardową technikę za tkaninami kamiennej i skał, kąpieliste ciepła wody i wzory foama, szerszeń organicznych komórek błon i shaderów tkanki biologicznej, a także — warstwowo na wielu skalach tak jak warstwowanie ruchomego ruchu brzmieniowego Perlin noise – pękniętego glinu, suchych łoża jeziorek i skóry girafów. Dobrze się komponuje z przekrzywaniami dziedziny (wprowadzając współrzędne przez jedno funkcję noise przed próbkowaniem innej), aby rozpraszyc inaczej bardzo regularny, równomiernie odstępowany wygląd powodowany przez umieszczenie dokładnie jednego punktu cechy na każdym komórce siatki.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Worley Noise Texture Generator i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.