4.1 高度场系统

4.1 高度场（Heightfields）系统

本节摘要：高度场把地形表达为规则 2D 网格上的高度值——本质是图像。所有地形操作（噪声、笔刷、侵蚀、掩码）都变成对这张图的逐像素处理，比普通网格快一个量级。本节搭完整流水线：分层噪声起势、水力侵蚀塑理、衍生掩码驱动散布与材质。

为什么放弃普通网格

第 1~3 章的山用的是普通网格，一切都能做，但两处吃力：

• 速度：百万点的网格上做邻域运算（侵蚀需要反复的流向计算）代价高；高度场是规则栅格，邻域是固定偏移，能被高度优化；
• 语义：地形操作天然是 2.5D 的——海拔、坡度、流向，在栅格上有直接定义。

代价是拓扑受限：高度场做不了洞穴、悬挑、真正的 3D 结构。选择标准一句话：表面地形用高度场，内部结构用普通网格/VDB。两者可随时转换（Heightfield Convert 把栅格转成网格继续加工）。

实验：一条完整地形流水线

在 obj 层建 Heightfield 节点（grid size 2049、总尺寸 2000 米量级按项目定）。依次：

1. 起势：接 Heightfield Noise（Layer 设为 height，频率低、约 2~3 倍频）造大山。再叠第二个 Noise 节点到新层，频率高、幅度小，只加细节——分层而不是一次到位；
2. 侵蚀：接 Heightfield Erode（水力+热力）。跑完后视口切到 mask 检查——侵蚀节点自动产出了 flow（水流累计）、debris（沉积物）、bedrock（基岩）等多个层，侵蚀不只是揉形状，还免费生成了地貌语义；
3. 读地貌造掩码：Heightfield Mask by 特性——按坡度、按高度、按曲率各出一张 mask；
4. 散布与材质：Mask 转成散布密度（回 3.2 的系统），岩石在陡坡、草在缓坡、沉积区颜色更深的土壤。

图 4.1-1 高度场流水线与自动衍生的语义层

侵蚀：不是滤镜，是地貌成因

Erode 节点值得单独说。它模拟雨水冲刷与重力崩落：陡坡被切出沟壑、坡脚堆出冲积扇。要点有三：

• 先有大势再侵蚀：侵蚀不会"造山"，只会修饰山。大势靠分层噪声（低频主导）；
• 侵蚀强度要克制：迭代过多会"烂掉"——所有坡度趋同、地貌均质化。多做几档强度对比选型；
• 结果是成因信息：flow 层告诉你水往哪流——把河流、植被湿润度、甚至道路选线（沿等高线）都建立在这份数据上，地貌各要素共享成因，整片环境才自洽。

从掩码到万物

到此为止你手里的资产是一张高度图加一堆语义层。出口三路：

• 散布：mask 经 Heightfield Scatter（或转网格后回 3.2 系统）驱动植被与岩石；
• 材质：mask 直接烘成权重贴图，shader 里按权重混合草/岩/雪；
• 直接输出：Heightfield Output 可写 exr 高度图给引擎侧的运行时地形（第 7 章与引擎对接的口子）。

⚠️ 常见坑：栅格分辨率与视口预览混淆。2049 的场在视口里看是低模，误以为"精度丢了"——它只是显示代理，Erode 与导出用的都是全分辨率数据。另一坑：把 Heightfield 当万能容器塞进 3D 规则（洞穴、拱桥），做不了再骂工具。

本节要点回顾

• 表面地形用高度场，内部结构用网格/VDB，随时可互转；
• 分层起势：低频大山+高频细节，不要一次到位；
• Erode 附赠语义层：flow/debris/bedrock/water 是后续一切地貌规则的成因数据；
• 掩码三出口：散布密度、材质权重、引擎高度图；
• 地形工作心智模型：图层+选区的图像处理。

下一节把掩码方法论搬到钢筋水泥上：程序化城市生成。

延伸：分层合成一条可编辑的地形

HeightField 工作流的核心纪律是"每层地质过程一个独立层"，合成用乘法与加法各司其职：加法叠构造（隆起+盆地），乘法做遮罩（只在高原加噪声）。一条标准层序：

[地形层序模板]
Mask(大尺度大陆形状) × -> HeightNoise(山区, ridged)
+ HeightNoise(丘陵, 低octaves)
+ Mask(河道带) × (-下切量)      -> 河谷
+ Erode(水力/热力, 老地层感)
+ HeightBlur(Mask=平原区)       -> 沉积平原
任何时刻: 每层独立开关/独调参数 -> 地貌学家的"可审计地形"
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层序的可回溯性是关键交付：导演说"山再靠西一点"，你改的是第一层 Mask 的偏移，而不是重雕整张高度图——程序化地形与手雕地形的分界正在于此。

廕伸：用 VEX 读取高度场做规则计算

// Volume Wrangle (Run Over: Volume) —— 坡向光照合成植被带
vector g = volumegradient(0, 0, "height", v@P);   // 高度梯度
float slope = length(g);
float northness = -normalize(g).z;                 // 假设 -Z 为北
f@veg_weight = fit(slope, 0.1, 0.6, 1, 0)          // 缓坡才有植被
             * fit(northness, -0.2, 0.8, 0.2, 1.0) // 北坡湿润加权
             * fit01(noise(v@P*0.02), 0.3, 1.0);   // 群落边界破碎
// Scatter 的 Density Attribute 填 veg_weight 即完成生态散布
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高度场在此兑现了"几何即数据库"的承诺：地形是体积数据库，植被、积雪、路径规划都是对它的查询。

最后说明高度场与 VDB 体积的关系：HeightField 本质是 2D 体积特化（带邻接语义的标量场），所有 Volume 工具可直接用于它，这意味着第三方的体积算法（模糊、重采样、场运算）都是地形工具箱的天然成员。当项目需要真正的 3D 地质（洞穴、悬挑）时，2D 高度场升级为 SDF 体积管线，两者通过 Volume Sample 无缝衔接——环境系统因此拥有从地表到地下的连续数据结构，而非两套割裂的软件世界。