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游戏网格与体素转换

当游戏需要以一种表示形式执行操作，并以另一种形式交付或渲染结果时，使用此技能。将转换设为明确的工作流，并规定分辨率、误差和属性规则。

主要来源：Oleksandr Kaleniuk 著《Geometry for Programmers》 （https://www.manning.com/books/geometry-for-programmers），经改写和转述，尤其是第 10—12 章。其他来源：Lorensen 和 Cline 的《Marching Cubes》（https://dl.acm.org/doi/10.1145/37402.37422），以及 Ju、Losasso、Schaefer 和 Warren 的《Dual Contouring of Hermite Data》（https://dl.acm.org/doi/10.1145/566654.566586）。

核心工作流

1. 说明源表示形式和目标表示形式。
2. 说明转换的原因：修复、渲染、碰撞、编辑、布尔运算、偏移、破坏、简化、平滑或导出。
3. 根据可见误差、游戏玩法容差、内存和流式加载限制，选择工作网格或采样分辨率。
4. 有意保留或重新生成属性：法线、UV、材质、蒙皮、碰撞层、游戏玩法标签和 LOD 元数据。
5. 根据形状需求选择提取算法：平滑的有机场使用行进立方体／行进方形，锐利特征使用双重轮廓，曲线输出重要时使用自定义轮廓算法。
6. 转换后验证几何体和游戏玩法行为。

转换模式

网格 → SDF → 网格

当网格操作不稳定，但可以接受近似输出时使用：

• 修复孔洞、裂缝、折叠或反向三角形。
• 近似地将模型挖空或偏移。
• 合并或减去复杂形状。
• 从隐式设计步骤生成干净的碰撞网格或渲染网格。

预期会丢失精确拓扑，并可能丢失原始 UV／材质。

场 → 网格

以下情况使用行进立方体／行进方形：

• 场平滑且形状有机。
• 无需精确保留角点。
• 网格边上的线性插值已足够。

以下情况使用双重轮廓：

• 锐利特征很重要。
• 可用 Hermite 数据、梯度或法线。
• 每个活跃单元一个顶点是合适的输出形式。

体素操作

当稳健性比精确的表面细节更重要时，使用体素或图像掩码：

• 膨胀会扩大填充区域。
• 腐蚀会移除边界材料。
• 先腐蚀再膨胀，以去除小噪点。
• 先膨胀再腐蚀，以闭合细小裂缝。
• 在对齐的网格上，布尔并集、交集和差集都很简单。
• 连通分量标记可统计独立部分的数量。

分辨率和误差规则

• 每次网格转换都有误差预算。实现前先明确预算。
• 更高的分辨率能提升视觉细节，但会迅速增加内存和处理成本，尤其是在 3D 中。
• 距离和邻居规则必须考虑各向异性体素或非均匀世界缩放。
• 随数据一同存储网格原点、单元大小、轴顺序和符号约定。
• 世界规模较大时，使用多分辨率或分块。

属性保留检查清单

• 法线：重新计算、转移还是保留？
• UV：投影、烘焙、丢弃还是重新生成？
• 材质：按最近表面、体积标签还是程序化规则转移？
• 游戏玩法标签：按源图元、体积区域还是查询转移？
• LOD：现在生成还是稍后生成？
• 碰撞：使用与渲染相同的网格、简化网格、SDF 还是体素代理？

常见错误

• 只转换顶点位置，后来才发现材质或游戏玩法标签才是真正重要的资产。
• 对主要价值在于锐利边缘的形状使用行进立方体。
• 将体素网格当作精确几何体，而不是采样后的占用数据。
• 运行网格修复工作流，却不进行修复前后的有效性测试。
• 根据截图而非游戏玩法容差和内存来选择分辨率。