本系列文章（共四部分）将详细介绍《Electric Dreams》演示中的程序化内容生成（PCG）框架，并介绍该项目中的各类工具、图表、自定义节点和子图表。

另外，如想进一步了解虚幻引擎的PCG框架，可以参阅以下文档：

https://docs.unrealengine.com/5.2/zh-CN/procedural-content-generation--framework-in-unreal-engine/

术语表

PCG图表

PCG图表是PCG的核心组件，它以图形化的数据流形式来描述一系列操作和逻辑。PCG图表可以保存为子图表，在其他图表中使用。

PGG元素

PGG元素，即PGG图表中的节点。这些元素可以通过C++代码或者PCG蓝图元素类创建。

PCG设置

PCG设置，即节点相关的设置，包括类和Attribute。

空间数据

空间数据是一种存在于空间中的数据，可以表示体积、2D表面（例如高度场和纹理等）、1D线条（例如样条和点云）。

点数据

3D空间中的点。每个点都有相关的边界、Property和Attribute信息。它们是操作中最常用的一种PCG数据类型。

Property

点Property是PCG点数据中的一组预定义Property。每个点都有Property。Property可以在Attribute操作中使用，必须以$符号作为前缀。（例如$Density、$Position.x、$Rotation.forward）

Property包括：

●变换：变换矩阵：位置（三维向量）、旋转（旋转角度）、缩放（三维向量）

●密度：点密度函数的范围是0到1，许多运算过程都会用到这个范围，例如差集、并集、噪点、筛选（浮点）

●边界最大/最小值：点边界体积的最大值和最小值（三维向量）

●颜色：点的颜色值（四维向量）

●陡度：陡度的范围是0到1，表示点密度函数的斜率（浮点）。陡度=1时，密度函数会返回点边界内的最大密度，点边界外为0。陡度<1时，密度函数会返回最大密度值，线性插值最低到0，以点的边界最大>

●种子：由点位置、节点种子和组件种子（int64）计算得到的点种子

Attribute

Attribute是由用户定义的一组额外metadata，属于某个特定类型；Attribute可以覆盖节点参数或者与点关联，还能用于PCG图表中的Attribute操作。Attribute可以通过“Create Attribute”创建，或者在自定义PCG元素中创建。

当前支持的类型仅限于：vec2、vec3、vec4、float、double、int32、int64、bool、string、name、rotator、quaternion

Assembly

Assembly是由一组Actor和视效组件拼合而成的单个资产。《Electric Dreams》环境中的Assembly由Quixel资产、关卡实例或打包型关卡Actor组成，手动创建并放置在关卡四处，此外，在Level to PCG资产工具的帮助下，它们也被作为源内容在PCG图表和PCG Assembly中使用。

PCG Assembly

PCG Assembly是由PCG框架程序化生成的Assembly。PCG Assembly可以通过PCG图表中的一系列操作以多种方式创建，还可以通过更改输入（例如组件和/或公开的参数）进行自定义。PCG Assembly的作用包括生成单个网格体和Actor，以及完全手动制作的Assembly。

工具

下文将介绍《Electric Dreams》演示项目中的PCG工具。

Level to PCG资产工具

描述    

Level to PCG资产工具可以在选定的关卡中将所有静态网格体、分层实例化静态网格体（HISM）和实例化静态网格体（ISM）导出为PCG设置资产。数据以PCG点数据的形式存储：导出的所有视觉效果的点云，包括变换、网格体、材质软对象路径、所有Actor标签和Actor场景层级信息等Attribute。

PCG设置资产可以作为实例化节点，添加到任何PCG图表中。这些点数据可以按规则进行处理，进一步扩充和/或生成。

蓝图资产工具与PCG插件一起发布，启用“显示插件内容”后可按以下路径找到：

/PCG/Utilities/PCGUtility_LevelToPCG

《Electric Dreams》的所有PCG设置及其源关卡可按以下路径找到：

Content > PCG > Assets > PCGAssemblies

使用方法

如何使用 Level to PCG 资产工具：

1. 在内容浏览器中选择一个关卡

2. 右键单击，选择“脚本化资产操作（Scripted Asset Action）”->“PCG”->“Levelto PCG 设置（Level To PCG Settings）”

注意：如果选择的关卡是世界分区/OFPA 关卡，必须先在编辑器中将它打开并加载关卡内容。如果是非 OFPA 关卡，可以直接在内容浏览器中操作，无需在编辑器中打开关卡。

3. 创建或更新的 PCG 设置资产将出现在选中的关卡文件旁边，以关卡名称和“_PCG”后缀命名。

4. 将创建好的 PCG 设置文件从内容浏览器拖到 PCG 图表中，作为一个实例化节点。

5. 在 PCG 图表中，将资产节点的“点（Points）”输出端连接到“复制点（Copy Points）”节点的“源（Source）”输入端，再将这些点连接到需要复制源点的目标上。注意：在“复制点（Copy Points）”节点中，如有可能，应将“Attribute 继承”设置为“仅源”，以加快处理速度。

6. 将“复制点（Copy Points）”节点的输出与“静态网格体生成器（Static MeshSpawner）”节点相连，并将网格体选择器类型设为“PCGMeshSelectorByAttribute”，将“Attribute 名称（Attribute Name）”设为“Mesh”。

注意：如果在导出的视觉效果上使用了材质覆盖，可以通过将“材质（Material）”作为 Index0 的值来激活“通过 Attribute 材质覆盖（By Attribute Material Overrides）”。

此外，还可以在PCG图表中使用“点筛选器（Point Filter）”节点和导出的“Actor标签（Actor Tags）”Attribute来筛选点。

标签筛选用例：基于碰撞要求用“NoCol”进行筛选并生成相应的点；利用“Clutter”添加随机噪声和参数化密度以扩充Assembly；利用“Helper”筛选规则中具有特定目的但不应该生成的点。

Actor Tagger编辑器工具控件

介绍

Actor Tagger编辑器工具控件用于在关卡中为资产添加Actor标签，旨在最终导出PCG设置资产的关卡时，加快标签添加的流程。

尽管虚幻引擎中有添加/编辑/删除资产Actor标签的适当流程，但目前还不适用于大规模编辑。例如，选择多个使用不同标签的Actor，可能会导致细节面板中的Actor标签混乱。

开发Actor Tagger编辑器工具控件的原因之一就是为了减少这种编辑器Actor标签行为。与此同时，它还提供了一个本地化操作面板，可以让用户专注于3D视口中的标签合成。

示例项目中的这个编辑器工具控件位于：

●/Game/PCG/Utilities/ActorTagger/EUW_ActorTagger

要运行Actor Tagger，需要在内容浏览器中选中它，右键单击，选择“运行编辑器工具控件”

功能

Select Tag按钮

在加载的关卡中选择包含“选择标签”字段中输入的标签的所有Actor。

当前大纲选择的对象将被上述结果替代。

Remove Tag按钮

搜索当前选中的所有Actor，查找“移除标签”字段中输入的标签。

如果Actor中包含该标签，该标签将会被删除。

Add Tag按钮

为当前选中的所有Actor添加“添加标签”字段中输入的标签。

如果选择的Actor已经包含该标签，该标签不会重复添加。

Hide按钮

隐藏当前选择的Actor，如果当前未选择任何Actor，则将显示之前隐藏的Actor。

Unlit / Lit按钮

切换视口光照模式，在无光照模式和光照模式之间切换。

工具选择

Output Level Tags按钮

在加载的关卡中出现的所有独特标签都将被打印到输出日志中，以便快速预览已加载的关卡中所有的Actor标签。

Make Tags Unique按钮

此功能将作用于当前加载的关卡中的所有Actor，并基于每个Actor将重复标签减少到只有一条。

Reference Level按钮

此功能将加载或卸载指定引用关卡，其中可能包含光照和引用对象，以便构建要导出为PCG设置资产的关卡。

引用关卡作为临时关卡实例加载到当前关卡中，这可以防止任何引用关卡中的Actor被错误地保存到正在处理的关卡中。

在这个示例项目中，作为默认引用关卡的资产是：

●/Game/PCG/Utilities/ActorTagger/ActorTagger_ReferenceLevel

它在Actor Tagger控件初始化的时候分配，这也可以通过在控件构造脚本中更改分配的关卡来实现自定义。

Set Reference Level按钮

此功能允许用户自定义想要加载和卸载的引用关卡。只需在内容浏览器中选择一个非世界分区关卡，再选择这个按钮。用户分配的引用不会被控件保存，每次运行控件时都需要重新分配。

图表

为构建《Electric Dreams》环境而创建的图表。

地表

描述

地表PCG图表用于生成在Ditch堤墙内形成的小溪床表面。地表规则会根据周围样条和大型Assembly程序化填充其表面区域。使用世界射线散投射在生成表面上的动态岩石、湿贴花以及浅水滩也是由它生成的。

设置

地表程序化生成依赖以下条件：

●世界中存在“PCGDemo_DitchBP”Actor，其闭环样条组件被标记为“Active_Spline”。

●或者：世界中存在一个大型AssemblyActor，其闭环样条组件被标记为“Main_Spline”。

●用于执行Ground图表的PCG组件

Ground图表位于：

●/Game/PCG/Graphs/Ground/PCGDemo_Ground

一个自包含式蓝图Actor，拥有执行Ground图表的PCG组件：

●/Game/PCG/Graphs/Ground/PCGDemo_GroundBP

《Electric Dreams》环境示例项目中已包含地表和Ditch规则的关卡：

●ElectricDreams_Env：/Game/Levels/ElectricDreams_Env

●ElectricDreams_PCG：/Game/Levels/PCG/ElectricDreams_PCG

●ElectricDreams_PCGCloseRange：/Game/Levels/PCG/ElectricDreams_PCGCloseRange

逻辑

图表概览

对Spline进行采样

在Ground图表中，我们首先要获取世界中其他Actor的样条数据并对其进行采样，然后通过一系列操作创建出表面效果：

●通过“获取样条数据（Get Spline Data）”节点，从Ditch EmbankmentActor和可选的大型Assembly中获取需要的样条。

●利用“按标签筛选（Filter by Tag）”节点，根据组件标签筛选特定的样条数据。这可以分离出特定的样条，为具有多个样条组件的Actor提供支持。

●每个样条使用两个表面取样器，对表面（针对内部区域）和边界（针对样条）进行采样。它们的输出可以为后续操作提供所需的点数据。

●使用名为“PointsFromActorTag”的自定义PCG蓝图元素，获取并为带“PCG_EXCLUDE”标签的每个Actor创建一个点。这些被标记的Actor是位于区域入口和出口的体积，然后通过“差集（Difference）”节点创建空地。

●位于可选的大型Assembly下方的点使用“差集（Difference）”节点中的采样表面点删除。

●此外，浅水滩是使用另一个样条取样器，以固定的世界空间网格模式生成的静态网格体，覆盖整片区域。

计算与样条的距离并重新定点

要想创建效果逼真的河床，必须计算表面点到边缘的距离，将它们转换为距离场。

第一组采样操作结束后：

●针对样条：合并采样点数据，计算从表面点到这些点的距离.

●识别、选择和筛选可选大型Assembly区域周围的表面点。

●使用自定义PCG蓝图元素“LookAt”在大型Assembly样条周围重新定位被选中的点，以匹配其形状。

通过生成地表网格体填充区域

计算出与边缘的距离后，就可以通过逐渐降低远离边缘的点，将表面变为河床。距离信息还可以用于选择要生成的对象，方向则根据曲线输入确定。

从单边开始，合并距离流结束后：

●河床的形状过程是通过一系列Attribute数学运算节点，写入每个点的$Position.zProperty，降低点的高度。

●基于到边缘的距离，通过使用“密度筛选器（Density Filter）”、“密度噪点（Density Noise）”、“自我裁剪（Self Pruning）”和“变换点（Transform Points）”节点，点已经准备好在多个流中生成“静态网格体生成器”节点中设置的特定静态网格体，以实现想要的河床视觉效果。

添加中央Assembly、枯树和动态岩石Actor

河床的中心区域默认由多个Assembly自然形成，这些Assembly是通过Ground图表中的自定义逻辑程序化生成的。在图表的这一部分，表面还将分布额外的细节，例如枯树和动态岩石Actor。

在表面上重复使用原始采样和变换后的点：

●当场景中存在大型Assembly时，中心区域逻辑会受到影响，通过第二个“差集（Difference）”节点防止大型Assembly的样条表面点增加。此步骤可确保中心区域逻辑不会与大型Assembly重叠。

●“复制点（Copy Points）”节点的目标点按照相同的距离和密度运算逻辑准备。这些复制点节点的源输入是使用Level to PCG资产工具（见工具部分的描述）导出为PCG设置资产的Assembly。

●最终获得的Assembly点数据副本使用特定的Actor标签Attribute进行筛选，在这个例子中是“Rocks”和“Clutter”。在密度筛选器之后使用密度噪点，为生成的每个Assembly输出不同的结果，可以大幅减少视觉重复。

●动态岩石在使用“世界射线命中查询（World Ray Hit Query）”的输出生成的河床表面上生成，使用“投射（Projection）”节点投射。动态岩石是使用“生成Actor（Spawn Actor）”节点生成的预构建蓝图模板，设为“无合并（No Merging）”。使用“点匹配和设置（PointMatchAndSet）”节点以及“点筛选（Point Filtering）”选择不同的模板并与每个点关联。

自行通过“世界射线命中（World Ray Hit）”生成三叶草和检测平坦区域

最后，Ground图表会生成三叶草地。

●三叶草点使用与动态岩石相同的“世界射线命中”方法投射到地表上。

●基于点法向量的第一轮筛选操作是为了防止投影发生后，在陡坡上生成三叶草。

●第二轮筛选是为了检测平坦区域，使用了“DiscardPointsInBumpyAreas”子图，参见自定义节点和子图部分了解更多内容。平坦区域检测对生成三叶草草地这样的对象来说至关重要，避免产生漂浮的问题。

●最后，使用“静态网格体生成器（Static Mesh Spawner）”节点在剩余的点上生成三叶草草地。

附加信息

强制执行依赖

在Ground图表中，有两个红色注释框，标题为“WorldRayHit 排序的强制依赖”。其中包含为依赖的下游操作强行实施图表执行顺序的方法。

在这两种情况下，对于这个图表来说，来自“World Ray Hit Query”的依赖必须对生成的网格体发出射线，而这些网格体都是由同一个图表在上游生成的。

“集成（Gather）”节点用于强制执行所需数据的依赖关系，后面跟着一个“按标签筛选（Filter by Tag）”节点，该节点只保留需要的数据。

车辆排除

在GDC 2023上展示《Electric Dreams》演示项目时，我们在PIE（在编辑器中运行）会话中为大家现场演示了PCG框架，演示车辆在程序化环境中运行。地表规则生成的动态岩石，如果在车辆碰撞范围内生成，可能会影响车辆的物理效果和稳定性。

为了防止出现这样的问题，我们使用“获取Actor数据（Get Actor Data）”节点和载具边界创建了一个PCG点。最终得到的点会从待生成的动态岩石点中减去。这种方法也可以用于满足其他游戏内特定要求，例如防止资产在玩家上面生成。

Ditch

描述

Ditch图表主要用于创建堤墙以及干河与周围高度场地形之间的区域，包括相应细节。使用Assembly关卡生成PCG设置资产，DitchPCG图表会利用这些资产填充场景。

设置

Ditch程序化生成依赖以下条件：

●样条，其组件标记“Active_Spline”

●从父项蓝图Actor中公开的参数

●用于执行Ditch图表的PCG组件

Ditch图表位于：

●/Game/PCG/Graphs/Ditch/PCGDemo_Ditch

一个子样条标记正确的自包含式蓝图Actor，包含用于执行Ditch图表的PCG组件和公开的参数，位于：

●/Game/PCG/Graphs/Ditch/PCGDemo_DitchBP

该蓝图可以直接拖入关卡，用于生成堤墙和周围的细节。

这些都是公开变量，可以控制“PCGDemo_DitchBP”资产中的种子和道具密度参数。

《Electric Dreams》环境示例项目中已经包含Ditch规则的关卡：

●ElectricDreams_Env：/Game/Levels/ElectricDreams_Env

●ElectricDreams_PCG：/Game/Levels/PCG/ElectricDreams_PCG

●ElectricDreams_PCGCloseRange：/Game/Levels/PCG/ElectricDreams_PCGCloseRange'

●ElectricDreams_PCGDitchAssembly：/Game/Levels/PCG/Breakdown_Levels/ElectricDreams_PCGDitchAssembly

逻辑

图表概览

Ditch图表包含4个不同的部分：

1 - Ditch Embankment

这部分图表主要用于放置堤墙Assembly，通过各种Assembly杂物Actor道具的变换变化和密度强化堤墙的外观效果。

2 - Ditch Embankment Tree & Rocks

这部分图表主要用于在堤墙周围放置树木和岩石资产，填充干河与周围地形（由PCG森林图表生成）之间的区域。

3 - Ditch Embankment Connection to Landscape

这部分图表将在堤墙周围创造一片虚假的地面，用于添加次要的树木和岩石装饰，这片地面跨越堤墙Assembly和干河周围高度场地形之间的间隙。

4 - Ditch Dirt Decal

这部分图表旨在填充贴花Actor，以便更好地将堤墙Assembly底部与干河床（由地表PCG规则生成）内部地表混合在一起。