《Electric Dreams》项目中的程序化内容生成概述-数艺网

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《Electric Dreams》项目中的程序化内容生成概述: 2023-06-29

Electric Dreams场景是一个结合了传统流程和程序化流程的场景，它直接在虚幻引擎中搭建，并采用了程序化内容生成框架。本文将以"Electric Dreams"场景为舞台，探讨什么是PCG框架，并介绍示例中的一些重要概念，包括：

■ 工具

■ 自定义节点和子图表

要进一步了解虚幻引擎中的PCG框架，请参阅我们的程序化内容生成框架文档：https://docs.unrealengine.com/5.2/zh-CN/procedural-content-generation--framework-in-unreal-engine/

术语表

在Electric Dreams场景中，我们会使用一些专业术语指代PCG框架中的不同内容。本小节对这些术语进行了介绍。这有助于你熟悉后文。

PCG图表 是PCG的核心。该图表以图形化数据流的形式，描述了如何执行一系列操作。PCG图表可以作为子图表在其他图表中使用。

PCG元素 是PCG图表中使用的节点。该元素可以通过C++代码创建，也可以使用PCG Blueprint Element类在数据中创建。

PCG设置 是节点相关的设置（包括它的类和设置属性）。

空间数据 与空间有关，可以表示：

■ 三维（3D）格式的体积。

■ 二维（2D）格式的平面，如高度场和纹理。

■ 一维（1D）格式的线条，如样条线和点云。

点数据 表示3D空间中的点，包括其相关的边界、属性、特性。这是最常见的PCG数据类型。

点属性是一种预先定义的属性集，可以在PCG的点数据中找到。属性可用于特性相关的操作。属性必须以美元符号（$）开头，例如 $Density 、 $Position.x 和 $Rotation.forward 。

属性包括：

■Transform ：由位置（vec3）、旋转（旋转体）和缩放（vec3）组成。

■Density （float）：一个范围在0到1之间的点密度函数。可用于多种操作，例如 differences、unions、noise，以及 filter。

■BoundsMin/Max （vec3）：点包围框的下限和上限。

■Color （vec4）：点的颜色值。

■Steepness （float）：一个范围从0到1的值，代表该点的密度函数的斜率。斜率为1时，密度函数在点的边界内返回最大密度，在边界外返回0。斜率小于1时，密度函数返回以点边界下限/上限为中心，最大密度值线性插直至0的密度值。

■Seed （int64）：通过点位置、节点种子和分量种子计算得来的点种子。

特性（Attribute） 是一种特定类型的、由用户自定义的额外metadata，可以覆盖节点参数，或与点绑定，供PCG图表中的特性操作使用。特性可以在图表中通过 Create Attribute 创建，也可以在自定义PCG元素中创建。

目前，特性支持的数据类型仅包括：

■ transform

■ vec2

■ vec3

■ vec4

■ float

■ double

■ int32

■ int64

■ bool

■ string

■ name

■ rotator

■ quaternion

Assembly 是一个由多个Actor及视效组件拼合而成的单一资产。在Electric Dreams场景中，Assembly使用了在关卡实例或Packed Level Actor中组合的Quixel资产，然后这些组件被手动放置在关卡四周。在Level to PCG资产工具的帮助下，Assembly可在PCG图表和PCGAssembly中作为源内容使用。

PCGAssembly 是一种通过PCG框架以程序化方式生成的Assembly。PCGAssembly可以借助PCG图表中的一组操作，以多种方式构建，并通过更改其输入（如组件或公开的参数）进行定制。这些操作包括生成单独的网格体和Actor，以及手动实现的完整Assembly。

工具

本小节将介绍Electric Dreams场景中的PCG制作工具。

Level to PCG Asset Utility

说明

Level to PCG Asset Utility 可将选定关卡内的所有静态网格体、层级实例化静态网格体（HISM）和实例化静态网格（ISM）导出到PCG设置资产。其数据将存储为PCG点数据。特别强调，这些数据是所有已导出视觉效果的点云，并以特性的形式存储了它们的变换、网格体和材质软对象路径、Actor标签和Actor场景层级信息。

得到的PCG设置资产可以作为实例化节点添加到PCG图表中。然后，所有程序化规则(PCG图表)都可以处理该PCG点数据，以对其执行增强和/或生成操作。

设置

蓝图资产工具随PCG插件一同发布，可在启用 显示插件内容（Show Plugin Content） 后使用。

Level to PCG资产工具的路径为：

/PCG/Utilities/PCGUtility_LevelToPCG 。

Electric Dreams中所有PCG设置及其源关卡的路径为：

/PCG/Assets/PCGAssemblies 。

使用方法

要使用Level to PCG资产工具，请遵循以下步骤：

1. 在 内容浏览器（Content Browser） 中选择一个关卡。

2. 点击右键，选择 Scripted Asset Action > Level To PCG Settings 。

注意：如果选择的关卡属于已分区的世界或OFPA，你首先需要在编辑器中打开它并加载其内容。对于非OFPA关卡，你无需在编辑器中打开它，可以直接通过内容浏览器完成操作。

3. 上述步骤会在选中的关卡文件旁边创建一个 PCG设置 资产，并以关卡名称加"_PCG"后缀的形式命名。如果已经存在具有此名称的PCG设置资产，将更新现有资产，而不是新建资产。

4. 从 内容浏览器 中，直接将 PCG设置 文件拖放入 PCG图表 ，作为 Instanced 节点。

5. 在 PCG 图表 中，将资产节点的 点（Points） 输出连接到 Copy Points 节点的源输入，并将点集指定为要向其复制源点的目标点集。
在Copy Points节点中，将"Attribute Inheritance"设置为"仅来源（Source Only）"，以尽可能地加快处理速度。

6. 将 Copy Points 的输出连接到一个 Static Mesh Spawner 节点，将其 网格体选择器类型（Mesh Selector Type）设置为"PCGMeshSelectorByAttribute"， 特性名称（Attribute Name） 设置为"网格体（Mesh）"。

注意：如果在导出的视觉效果上使用了材质覆盖，可以将"材质（Material）"作为Index0的值，以激活By Attribute Material Overrides。

你还可以使用导出的 Actor Tag 特性，通过 PCG图表中的 Point Filter 节点过滤点。标签过滤的用例包括：

■NoCol ：根据它们的碰撞需求过滤点，并相应地生成它们。

■Clutter ：添加随机噪点和参数化密度，以增强Assembly。

■Helper ：过滤在规则中具有特定用途但不应该生成的点。

Actor Tagger编辑器工具控件

说明

Actor Tagger Editor Utility Widget 将帮助你在关卡中的资产上编写Actor标签。该工具控件可以为要导出到PCG设置资产的关卡加快标记工作流程。

虽然虚幻引擎拥有一个合格的工作流程可用于添加、编辑、删除资产上的Actor标签，但是它目前并不适合大规模编辑。这方面的一个例子是，当你要为几个选中的Actor应用不同的Actor标签时，这会导致Actor标签在 细节（Details） 面板中出现混淆。

创建Actor Tagger编辑器工具控件的目的之一，就是缓解当前编辑器Actor标签表现出来的这种问题，同时它还提供了一个本地化的操作控制板，使用户能够在3D视口中专注于标签的编写。

设置

Actor Tagger编辑器工具控件的内容文件路径为：/Game/PCG/Utilities/ActorTagger/EUW_ActorTagger

使用方法

要运行Actor Tagger，请执行以下步骤：

1. 在内容浏览器中选择一个 Actor Tagger 。

2. 右键点击该 Actor Tagger 并选择 Run Editor Utility Widget 。

函数

Select Tag

选择已加载关卡内所有在 Select Tag 字段中输入了标签的 Actor。其结果将替换当前在大纲视图中选择的项目。

Remove Tag

搜索当前选中的所有Actor，寻找在 Remove Tag 字段中输入的标签。如果某个Actor上存在该标签，该标签将被移除。

Add Tag

将在 Add Tag 字段中输入的标签添加到所有当前选中的Actor上。如果选中的Actor已具有该标签，则不会二次添加。

Hide

隐藏当前选中的所有Actor。如果当前没有选择Actor，之前隐藏的所有Actor都将变得可见。

Unlit / Lit

切换视口光照模式的状态（光照和无光照）。

工具部分

Output Level Tags

将存在于已加载关卡中的所有唯一标签打印到输出日志中。这样可以快速全面地了解已加载关卡中的所有Actor标签。

Make Tags Unique

该函数会在当前加载的关卡中遍历所有Actor，将各Actor的所有重复标签减少至单个标签条目。

Reference Level

该函数用于加载或卸载一个指定的参考关卡。这或许可以将光照和参考对象包含进来，以帮助构造将作为PCG设置资产导出的关卡。

运行编辑器工具控件时，会分配一个默认的参考关卡。默认参考关卡可以在这里找到：/Game/PCG/Utilities/ActorTagger/ActorTagger_ReferenceLevel 。

更改在控件构造脚本中指定的关卡，可以自定义该默认参考关卡。

Set Reference Level

该函数允许你指定自己的参考关卡，用于加载和卸载。要指定自己的参考关卡，请在内容浏览器中选择一个非世界分区关卡，然后点击此按钮。控件不会保存指定的参考关卡，每次运行控件时都需要重新指定。

自定义节点和子图表

本小节介绍了在Electric Dreams场景PCG图表中，为特定用途而创建的PCG自定义节点和子图表。

Copy Points With Hierarchy和Apply Hierarchy

说明

SG_CopyPointsWithHierarchy 和 ApplyHierarchy 节点需要与通过Level to PCG资产工具创建的PCG设置资产结合使用。

你可以使用这些节点操纵点的层级，类似于在关卡中操纵Actor的层级。点可以继承父点的变换。例如，使用这个功能，代表树干的点在随机旋转和缩放时，如果代表树分支的子点也在变换，首先会沿用其父点的变换，同时，还会基于父点的变换，增加自身的变换（旋转或缩放）。

你可以使用Point Filter运算符移除点，它们的子点将被自动移除。这有助于为复杂的点设置添加随机变化。

设置

SG_CopyPointsWithHierarchy和ApplyHierarchy节点位于Electric Dreams场景示例项目的 节点控制板 中。你也可以通过图表区域的 PCG编辑器 上下文菜单访问它们。

SG_CopyPointsWithHierarchy 子图表的内容文件路径为：/Game/PCG/Assets/PCGCustomNodes/SG_CopyPointsWithHierarchy 。

ApplyHierarchy自定义节点的内容文件路径为：/Game/PCG/Assets/PCGCustomNodes/ApplyHierarchy 。

以下PCG图表使用了这些节点：

■ /Game/PCG/Graphs/Ditch/PCGDemo_DitchBP

■ /Game/PCG/Graphs/Ground/PCGDemo_GroundBP

■ /Game/PCG/Assets/BP_PCG_LargeAssembly

■ /Game/Levels/PCG/Breakdown_Levels/ElectricDreams_PCGSplineExample

使用方法

PCG图表中层级节点的常见用法。

PCG图表中层级节点的常见用法一般如下：

1. 由 Level to PCG资产工具 将关卡转换为包含PCG点的PCG设置资产，其相关联的场景层级信息将存储为metadata特性。

2.SG_CopyPointsWithHierarchy 子图表使用目标点变换在多个位置复制PCG设置资产，这与 Copy Points 节点的作用类似，但它还通过维护和偏移层级特性值，使父级信息对于原始资产点的每个副本来说都是唯一的。

3.Point Filter 节点，根据特性选择点。

4.Transform Points 节点与 ApplyToAttributes 选项，对被选中点的相对变换特性执行变换操作。

5.Merge 节点，重新组合同一数据流中同一层级的所有点。

6.ApplyHierarchy 节点，将相对变换特性与父级变换相结合，应用到点上。

PCG设置节点生成的层级特性

FallenTree 的PCG设置资产的层级图。

将关卡Actor导出到PCG设置资产时，源关卡中的Actor层级信息会使用元数据特性与每个PCG点保持关联。这些元数据特性是：

虚拟点表示具有以下元数据特性的层级根点：

■ActorIndex：0

■ParentActorIndex：-1

■HierarchyDepth：0

■RelativeTransform：单位变换

所有在源关卡层级中未指定父级的点都会以这个根点为父点，以避免处理孤立点或根点的特殊情况。

由SG_CopyPointsWithHierarchy变换的层级特性

为每个PCG资产副本生成的Actor和父Actor索引，这些PCG资产由SG_CopyPointsWithHierarchy生成。注意有6个不同的根点ActorIndex值。

SG_CopyPointsWithHierarchy子图表。

这个自定义的Copy Points节点以子图表的形式实现，其中包含：

■ 一个普通的Copy Points节点。

■ 一个PostCopyPoints-OffsetIndices蓝图节点，负责为每个副本指定一组唯一的ID，这些ID根据原始索引、副本编号和唯一的任务ID计算得出。

■ 两个Create Attributes节点，用于将IgnoreParentRotation和IgnoreParentScale两个布尔值特性初始化为"false"。

层级中的点操作

一旦将点复制到SG_CopyPointsWithHierarchy目标点所指定的位置，就可以使用 Point Filter，按照PCG设置资产中的特性，对点进行过滤：

PCGDemo_Ditch中的点过滤，使用了Clutter特性来随机移除层级中的点。

PCGDemo_Ditch中的点过滤，使用RotZ特性来随机旋转层级中的点。

在上面两张图中，按标签选中的点经过过滤或旋转，重新与未被 Point Filter 选中的点合并。这个 Merge 操作很重要，因为这可确保所有点（无论是否经过变换）都保留在相同的数据流中，而且稍后在应用最终点变换时，可以一并处理。

当在层级中使用Transform Points节点时，必须注意不能将变换直接应用至点的Transform特性，而是要应用至RelativeTransform特性。

为此，请将 Apply To Attribute 选项中的 Attribute Name 指定为"RelativeTransform"。如果你想部分继承父点的变换，可以选择将 IgnoreParentRotation 和/或 IgnoreParentScale 特性设置为"true"。

最终，ApplyHierarchy 节点会在 Static Mesh Spawner 节点生成网格体之前被立即使用。ApplyHierarchy节点的作用是：

■ 以升序方式遍历所有现有的层次级别（根据层级深度点特性解析）。

■ 根据它的父变换和它的RelativeTransform特性值计算出最终的点变换。

■ 移除其父点已被丢弃的点。

Flat Area Detector

说明

Flat Area Detector 子图表用于确定表面是否足够平坦，以放置给定大小的点，并避免资产错位的情况（如资产部分悬浮在地面上）。Flat Area Detector 通过在每个源点周围的4个不同位置对表面进行取样，从而实现对水平表面或倾斜表面的处理。在4个采样位置中，如有任何一个不与由输入点位置和方向定义的平面相交，输入点将被丢弃。在上面的图片中，这些平面显示为蓝色矩形。此外，在4个采样位置中，如有任何一个的表面方向偏离输入点的方向，输入点也将被丢弃。

该子图表在以下图表中使用：

■PCGDemo_Ground

■ 在该图表中，Flat Area Detector 用于在粗糙的岩石网格体表面上放置三叶草地块。

■ 该图表的内容文件路径为：/Game/PCG/Graphs/Ground/PCGDemo_Ground 。

■PCGDemo_Forest

■ 在该图表中，Flat Area Detector 用于在地形上放置庞大、平坦的石质地块和地标岩石Assembly。

■ 该图表的内容文件路径为：/Game/PCG/Graphs/Forest/PCGDemo_Forest 。

部分石块漂浮在地面上

漂浮的石块被移除

设置

Flat Area Detector 子图表的内容文件路径为：/Game/PCG/Graphs/Forest/DiscardPointsInBumpyAreas 。

使用方法

要将Flat Area Detector 作为PCG图表中的节点使用，请在 内容浏览器 中将此图表拖放至 PCG图表 编辑器：

节点引脚说明

DiscardPointsInBumpyAreas 节点的引脚和说明如下所示：

子图表介绍

本小节介绍了Flat Area Detector 子图表的工作方式。

创建取样点

Attribute Math和Transform Points节点按照下方描述创建四个取样点：

■ 取样点放置在各个输入点周围的2D方框中。

■ 该方框的尺寸由取样距离特性决定。

■ 各个取样点的边界由高度阈值特性决定。

构建平面

扁平化的点在上方图片中用蓝色线框表示，它们使用Attribute Math操作，基于Sample Distance特性构建的。

将取样点投影到平面

四个取样点会在考虑到位置和方向的情况下，投影到表面。这些投影点与蓝色线框之间的差值随后会计算出来。这个差值节点会输出平面外的点。

注意：启用这三个节点的调试状态后，将显示蓝色线框、绿色的四个采样点以及与蓝色平面（即蓝色线框）不相交的采样点，如上图所示，用红色表示。

估算取样点朝向的差异

接下来，将估算取样点方向的差异。一个点从输入点中创建出来，它将按照法线阈值沿其上行向量进行负向平移。在下方的图片中，这显示为一个实心的蓝色平面。该点与扁平化的取样点之间的相交会被计算出来，与表面法线向量对齐。在下方的图片中，这显示为蓝色线框。

图一

法线阈值 = -300

图二

法线阈值 = -10

图一表示法线阈值为-300时的效果，沿其上行向量向下推动蓝色实心平面。

图二表示法线阈值为-10时的效果。使用这个值后，相交位置现在会显示一个红色坐标轴。它表示了如何基于取样点方向的差异，使用法线阈值控制相交的输出。

注意：平行的取样点/平面只与法线阈值为0的蓝色实心点相交。

最终点过滤

最后，从这两个测试中得到的点将展开，用来提供与输入点的差异，从而对它们进行过滤。这样，留下的点都将符合DiscardPointsInBumpyAreas节点输入引脚中提供的参数。

Look At

说明

LookAt 节点可根据作为vector3特性提供的目标，重新指定点的方向。该特性可通过特性的数学运算和距离节点创建。

在Electric Dreams场景中，该节点用于：

■ 在地面规则中，对照大型Assembly样条线重新调整点的方向，以实现理想的河床视觉效果。

■ 在雾卡和森林图表中，朝区域中心旋转雾卡的点。

设置

LookAt自定义节点的内容文件路径为：/Game/PCG/Assets/PCGCustomNodes/LookAt 。

使用方法

LookAt节点会遍历单个点的数据输入，并期望接收一个vector3特性，作为每个点要看向的目标坐标。

要使用LookAt节点，请执行以下步骤：

1. 创建点数据。

2. 使用设置为 From Source Param 的 AddAttribute ，向点数据添加新的 LookAt 特性。

3. 使用以下任意选项覆盖特性：

■ 向量类型的 Create Attribute 节点以及你看向的坐标。

■ 由一个可被公开以进行自定义的蓝图vector3变量提供的 Get Actor Property 。

■ 在 Graph Settings 中创建一个PCG vector3图表参数，并在图表中获取参数名称，该参数名称将在每个图表实例中公开，供每个PCG组件编辑。

4. 设置 LookAt 节点的设置：

■ 将 LookAt Target 设置为要使用的特性名称。

■2D LookAt 设置将忽略Z分量。

■Forward X 会在 LookAt 中使用X轴而非Y轴。

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