Voxel Space：Comanche的地形渲染在少于20行代码（2020）

让我们回到1992年。CPU比今天慢1000倍，通过GPU的加速度未知或不适算。 3D游戏专门计算在CPU上，渲染引擎呈现填充的多边形，具有单色。

图形是令人叹为观止的时间，并在我的意见前3年提前。您在山脉和山谷上看到了更多细节，如纹理，并且第一次是一个整洁的着色甚至阴影。当然，它的像素化，但这些年份的所有游戏都是像素化的。

Comanche使用一种名为Voxel Space的技术，这是基于与Ray Casting的相同想法。因此，体素空间引擎是2.5D发动机，它没有常规3D发动机提供的所有自由度。

代表地形的最简单方法是通过高度地图和彩色地图。对于游戏Comanche A 1024 * 1024一个字节高度映射和1024 * 1024您可以在本网站上下载一个字节的颜色图。这些地图是定期的：

这样的地图将地形限制在地图上的一个高度。地图＆＃34; - 诸如建筑物或树等复杂的几何形状不可能表示。然而，Colormap的一个很大的优点是它已经包含着色和阴影。 Voxel Space Engine只取出颜色，也不需要在渲染过程中计算照明。

对于3D引擎，渲染算法非常简单。 Voxel Space Engine将高度和颜色图绘制并绘制垂直线路。下图展示了这种技术。

保证遮挡从后面开始并渲染到前面。这称为画家算法。

确定地图上的线，其对应于与观察者相同的光学距离。考虑视野和透视投影（物体越远较小）

从相对应的2D地图检索高度和颜色。

使用相应的颜色绘制垂直线，从透视投影中检索的高度。

核心算法以最简单的形式包含几行代码（Python语法）：

def渲染（p，高度，地平线，scale_height，距离，screen_width，screen_height）：＃从回到前面（高z坐标为低z坐标），在范围内（距离，1， - 1）：＃查找行在地图上。该计算对应于90°PLEFT = Point（ - Z + P. x， - z + p.y）prilight = point（z + p.x， - z + p.y）＃段的视野DX =（X-PLEFT. x）/ screen_width＃栅格线并为每个段的垂直线绘制IN范围（0，屏幕_WIDTH）：height_on_screen =（高度 - 高度图[Pleft。x，pleft。y]） / z * scale_height。 + Horizo​​ n DrawVerticalline（i，height_on_screen，screen_height，colormap [pleft。x，pleft。y]）pleft。 x + = dx＃用相机参数调用渲染功能：＃位置，高度，地平线位置，＃高度的缩放系数，最大距离，＃屏幕宽度和屏幕高度参数渲染（点（0,0） ，50,120,120,300,800,600）

通过上面的算法，我们只能查看到北方。不同的角度需要更多的代码行来旋转坐标。

def渲染（p，phi，高度，地平线，scale_height，距离，screen_width，screen_height）：＃预先平衡视角参数var sinphi = math。罪（PHI）; var cosphi =数学。 cos（phi）; ＃从返回到前部（高Z坐标为低Z坐标），在z范围内（距离，1， - 1）：＃在地图上查找线。该计算对应于90°PLEFT =点的视场（ - （ - COSPI * Z - SINPHI * Z）+ P. x，（SINPHI * Z - COSPI * Z）+ P.Y）PRIGHT = POINT（（Cashi * z - sinphi * z）+ p。x，（ - sinphi * z - cashi * z）+ p。y）＃段线dx =（斜视。x - pleft。x）/ screen_width dy =（pr。y - pleft。y）/ screen_width＃栅格线并为i的每个段绘制一个垂直线（0，screen_width）：height_on_screen =（高度 - 高度图[pleft。x，pleft。y]）/ z * scale_height。 + Horizo​​ n DrawVerticalline（i，height_on_screen，screen_height，colormap [pleft。x，pleft。y]）pleft。 x + = dx pleft。 y + = dy＃用相机参数呼叫渲染功能：＃位置，查看角度，高度，地平线位置，＃高度的缩放系数，最大距离，＃屏幕宽度和屏幕高度参数呈现（点（0 ，0），0,50,120,120,300,800,600）

而不是从背面绘制我们可以从前面绘制。优点是，我们不必每次由于遮挡时向屏幕底部绘制线条。但是，为了保证闭塞，我们需要额外的Y缓冲液。对于每个列，存储最高的y位置。因为我们从前到后面绘制，所以下一行的可见部分只能较大，然后绘制的最高线。

def渲染（p，phi，高度，地平线，scale_height，距离，screen_width，screen_height）：＃预先平衡视角参数var sinphi = math。罪（PHI）; var cosphi =数学。 cos（phi）; ＃初始化可见性阵列。 Ybuffer = np上的每列的y位置。 Zeros（screen_width）在范围内（0，screen_width）：Ybuffer [i] =屏幕xheight＃从前面绘制到后面（低z坐标为高z坐标）dz = 1. z = 1.而z＆lt;距离＃在地图上查找行。该计算对应于90°PLEFT =点的视场（ - （ - COSPI * Z - SINPHI * Z）+ P. x，（SINPHI * Z - COSPI * Z）+ P.Y）PRIGHT = POINT（（Cashi * z - sinphi * z）+ p。x，（ - sinphi * z - cashi * z）+ p。y）＃段线dx =（斜视。x - pleft。x）/ screen_width dy =（pr。y - pleft。y）/ screen_width＃栅格线并为i的每个段绘制一个垂直线（0，screen_width）：height_on_screen =（高度 - 高度图[pleft。x，pleft。y]）/ z * scale_height。 + Horizo​​ n DrawVerticalline（I，Height_on_screen，Ybuffer [I]，ColorMap [Pleft.X，Pleft.y]）如果height_on_screen＆lt; YBUFFER [I]：YBUFFER [I] = HEIGHT_ON_SCREEN PLEFT。 x + = dx pleft。 y + = dy＃转到下一行，增加步长z + = dz dz + = 0.2＃呼叫渲染功能与相机参数：＃位置，观察角度，高度，地平线位置，＃缩放适用于高度，最大距离，＃屏幕宽度和屏幕高度参数渲染（点（0,0），0,50,120,120,300,800,600）

存储库的软件部分在MIT许可证下。请阅读许可证文件以获取更多信息。请记住，Voxel Space技术可能在一些国家仍然专利。颜色和高度图是从游戏Comanche的反向设计，因此被排除在许可证之外。