本文介绍了一种名为“样条距离场”的新地形生成技术，该技术由作者Aeva Palecek开发，用于其名为Rainy Road的赛车游戏项目。

**问题与需求**

作者在开发Rainy Road时，面临着如何快速、高效地生成地形的问题，并提出了如下需求：

1. 部分地形特征（尤其是道路）必须用样条曲线定义；

2. 地形特征必须可组合，以便运行时快速更换地图片段；

3. 该系统必须适用于程序化物体放置；

4. 地形数据必须快速处理成渲染中间体；

5. 地形数据必须非常紧凑，最好是隐式表示；

6. 设计关卡片段的迭代过程必须快速且简单；

7. 尽可能使用现有工具；

8. 不使用专有工具。

**解决方案：样条距离场**

作者发现，可以利用样条曲线描述重要的地形特征（河流、道路、铁轨、悬崖等），通过计算空间中每个点到最近样条曲线的距离，生成地形表面。

这种方法本质上是将样条曲线在空间内挤压，其结果类似于Voronoi图。

**核心原理**

1. **样条曲线数学基础：**作者介绍了Blender中样条曲线的切线、法线和副法线向量，以及如何计算副法线向量。副法线向量用于定义样条曲线上的平面，进而确定地形的高度。

2. **生成Surfel：**将样条曲线转换为一系列名为Surfel的基元，每个Surfel包含一个空间点和一个副法线向量。

3. **Surfel采样：**使用网格节点生成地形网格，并使用“Sample Nearest”节点找到每个网格顶点最近的Surfel。

4. **生成高度图：**计算每个网格顶点到最近Surfel所在平面的有符号距离，并使用模糊操作平滑过渡，最后将距离值作为Z轴偏移量，生成变形后的地形网格。

**应用与案例**

作者分享了样条距离场技术的应用案例，包括：

1. Rainy Road游戏原型：展示了样条距离场生成的地形效果。

2. Bitmap的游戏项目：该项目采用了样条距离场技术，并取得了成功。

3. Sculptor工具：Dbat开发的Godot引擎的程序化建模工具，该工具使用了样条距离场技术的扩展，可以生成自由曲面网格。

4. 逆距离加权变体：Danpiker提出的将逆距离加权应用于样条距离场的方法，解决了边界问题，并产生了光滑的效果。

**未来工作**

作者表示该技术仍处于实验和研究阶段，未来将探索以下方向：

1. 将该技术修改为描述自由曲面而非高度图；

2. 探索其他插值策略；

3. 比较稀疏点云和高度图作为Star Machine渲染中间体的优劣；

4. 在Star Machine中实现该技术。