Java 中的 Perlin 噪声

Posted 2023-02-14

【中文标题】Java 中的 Perlin 噪声

【英文标题】：Perlin Noise in Java

【发布时间】：2011-07-28 17:03:25

【问题描述】：

对于我正在处理的元胞自动机项目，我需要使用不同的算法和技术随机生成二维布尔数组。目前我在应用程序中只有一种类型的随机化 - 循环遍历数组中的每个单元格并生成一个随机双变量，然后如果随机数高于 0.5，那么我将该单元格设置为 true，如果不是则设置为假。

我想研究使用更有趣的算法（例如 Perlin Noise 或类似的算法）生成这些布尔矩阵。如果您知道除了 Perlin Noise 之外的任何其他东西（Minecraft 的世界生成给了我这个想法），那么在地形生成或类似的东西中使用的噪声生成器可能会很好。

唯一的问题是我不知道从哪里开始（有什么想法吗？）:)

【参考方案1】：

我首先想到的是随机位移分形。它还用于生成地形，比 Perlin Noise 更容易。

package so;

import java.util.Random;

public class Noise 
    /** Source of entropy */
    private Random rand_;

    /** Amount of roughness */
    float roughness_;

    /** Plasma fractal grid */
    private float[][] grid_;


    /** Generate a noise source based upon the midpoint displacement fractal.
     * 
     * @param rand The random number generator
     * @param roughness a roughness parameter
     * @param width the width of the grid
     * @param height the height of the grid
     */
    public Noise(Random rand, float roughness, int width, int height) 
        roughness_ = roughness / width;
        grid_ = new float[width][height];
        rand_ = (rand == null) ? new Random() : rand;
    


    public void initialise() 
        int xh = grid_.length - 1;
        int yh = grid_[0].length - 1;

        // set the corner points
        grid_[0][0] = rand_.nextFloat() - 0.5f;
        grid_[0][yh] = rand_.nextFloat() - 0.5f;
        grid_[xh][0] = rand_.nextFloat() - 0.5f;
        grid_[xh][yh] = rand_.nextFloat() - 0.5f;

        // generate the fractal
        generate(0, 0, xh, yh);
    


    // Add a suitable amount of random displacement to a point
    private float roughen(float v, int l, int h) 
        return v + roughness_ * (float) (rand_.nextGaussian() * (h - l));
    


    // generate the fractal
    private void generate(int xl, int yl, int xh, int yh) 
        int xm = (xl + xh) / 2;
        int ym = (yl + yh) / 2;
        if ((xl == xm) && (yl == ym)) return;

        grid_[xm][yl] = 0.5f * (grid_[xl][yl] + grid_[xh][yl]);
        grid_[xm][yh] = 0.5f * (grid_[xl][yh] + grid_[xh][yh]);
        grid_[xl][ym] = 0.5f * (grid_[xl][yl] + grid_[xl][yh]);
        grid_[xh][ym] = 0.5f * (grid_[xh][yl] + grid_[xh][yh]);

        float v = roughen(0.5f * (grid_[xm][yl] + grid_[xm][yh]), xl + yl, yh
                + xh);
        grid_[xm][ym] = v;
        grid_[xm][yl] = roughen(grid_[xm][yl], xl, xh);
        grid_[xm][yh] = roughen(grid_[xm][yh], xl, xh);
        grid_[xl][ym] = roughen(grid_[xl][ym], yl, yh);
        grid_[xh][ym] = roughen(grid_[xh][ym], yl, yh);

        generate(xl, yl, xm, ym);
        generate(xm, yl, xh, ym);
        generate(xl, ym, xm, yh);
        generate(xm, ym, xh, yh);
    


    /**
     * Dump out as a CSV
     */
    public void printAsCSV() 
        for(int i = 0;i < grid_.length;i++) 
            for(int j = 0;j < grid_[0].length;j++) 
                System.out.print(grid_[i][j]);
                System.out.print(",");
            
            System.out.println();
        
    


    /**
     * Convert to a Boolean array
     * @return the boolean array
     */
    public boolean[][] toBooleans() 
        int w = grid_.length;
        int h = grid_[0].length;
        boolean[][] ret = new boolean[w][h];
        for(int i = 0;i < w;i++) 
            for(int j = 0;j < h;j++) 
                ret[i][j] = grid_[i][j] < 0;
            
        
        return ret;
    


    /** For testing */
    public static void main(String[] args) 
        Noise n = new Noise(null, 1.0f, 250, 250);
        n.initialise();
        n.printAsCSV();
    

【讨论】：

我改变（屠宰）了你的源以产生噪声图，蓝色是最低的，黄色是最高的。图像上似乎有明显的线条，最明显的是在“中点”，但在较小程度上是每个“子”中点。有什么方法可以减少或消除这些不连续性？如果有人感兴趣，我可以添加更改后的来源。

这个分形很容易编码，但会产生这些行。对其进行了改进，称为菱形方形分形，旨在最大限度地减少这些伪影。

顺便说一句，我认为我的实现也存在问题。该代码将每边中点的高度设置了两次。这导致了不连续性。如果网格初始化为 Float.NaN 并且每个点只通过测试设置一次，我认为输出会有所改善。

谢谢，这正是我想要的。我已经实现了它并产生了一些有趣的结果。此外，对于该技术的这种应用，您提到的行真的无关紧要并且几乎不可见，因为它以如此低的分辨率使用并且只有布尔值而不是整数。效果很好，再次感谢:)

@Andrew Thompson 如果你们有兴趣，我在link

有一个非常项目的早期构建

【参考方案2】：

我的库代码中有一些 perlin 噪声实现和其他一些噪声生成函数：

http://code.google.com/p/mikeralib/source/browse/#svn%2Ftrunk%2FMikera%2Fsrc%2Fmain%2Fjava%2Fmikera%2Fmath

随意探索/使用（代码是开源 GPL，基于 J3D 代码）。

【讨论】：

我似乎无法从您的 perlin 函数中得到除了负数或正数 0 浮点数之外的任何东西； ` PerlinNoise perlin = new PerlinNoise(409623546); for(float x=0; x

@TimothyGroote 试试这个，它对我有用： double grid[][] = new double[width][height]; for(int y = 0; y