历史
让我们回到 1992 年。当时的 CPU 速度比现在慢 1000 倍，而且通过 GPU 进行加速的技术要么不为人知，要么成本高昂。3D 游戏完全依靠 CPU 进行计算，渲染引擎只能渲染单一颜色的填充多边形。就在这一年，NovaLogic 发布了游戏《Comanche》。在当时，这款游戏的画面令人惊叹，其画面水平领先了那个时代 3 年。你可以看到更多的细节，比如山脉和山谷的纹理，而且首次出现了精细的阴影效果。当然，画面是有像素感的，但那个年代的所有游戏都是如此。
渲染算法
《Comanche》采用了一种名为体素空间的技术，其原理与光线投射类似。因此，体素空间引擎是一种 2.5D 引擎，它并不具备常规 3D 引擎所拥有的全部自由度。
高度图和颜色图
表示地形最简单的方法是使用高度图和颜色图。在游戏《Comanche》中，使用了一个 1024 * 1024 的单字节高度图和一个 1024 * 1024 的单字节颜色图，你可以在本网站下载这些地图。这些地图是周期性的，这种地图将地形限制为“地图上每个位置只有一个高度”，像建筑物或树木这样的复杂几何形状无法用这种方式表示。不过，颜色图的一个巨大优势是，它已经包含了阴影效果，体素空间引擎只需直接使用这些颜色，无需在渲染过程中计算光照。
基本算法
对于 3D 引擎来说，体素空间引擎的渲染算法出奇地简单。它通过对高度图和颜色图进行光栅化处理，然后绘制垂直线。具体步骤如下：清屏；为了保证遮挡效果，从后往前进行渲染，这就是所谓的画家算法；确定地图上与观察者视距相同的线，同时考虑视野范围和透视投影（物体越远看起来越小）；对这条线进行光栅化处理，使其与屏幕的列数相匹配；从二维地图中获取与线段对应的高度和颜色；对高度坐标进行透视投影处理；根据透视投影得到的高度，绘制具有相应颜色的垂直线。该核心算法的最简形式仅包含几行代码（Python 语法）。
添加旋转功能
使用上述算法，我们只能朝北看。若要改变视角，需要多写几行代码来旋转坐标。
提升性能
当然，有很多技巧可以提高性能。可以从前往后绘制，而不是从后往前。这样做的好处是，由于遮挡效果，不必每次都将线绘制到屏幕底部。不过，为了保证遮挡效果，需要一个额外的 y 缓冲区，用于存储每列的最高 y 位置。因为是从前往后绘制，下一行的可见部分只会比之前绘制的最高线更高。采用细节层次技术，在近处渲染更多细节，远处则减少细节。
链接
- [网页项目演示](https://s-macke.github.io/VoxelSpace/VoxelSpace.html) 页面
- [体素地形引擎介绍](https://web.archive.org/web/20131113094653/http://www.codermind.com/articles/Voxel-terrain-engine-building-the-terrain.html)
- [个人网站](http://www.simulationcorner.net)
地图
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C1W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D1.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C2W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D2.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C3.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D3.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C4.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D4.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C5W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D5.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C6W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D6.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C7W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D7.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C8.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D6.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C9W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D9.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C10W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D10.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C11W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D11.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C12W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D11.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C13.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D13.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C14.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D14.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C14W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D14.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C15.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D15.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C16W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D16.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C17W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D17.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C18W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D18.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C19W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D19.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C20W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D20.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C21.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D21.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C22W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D22.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C23W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D21.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C24W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D24.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C25W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D25.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C26W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D18.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C27W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D15.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C28W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D25.png)
- [颜色图](/VoxelSpace/maps/C29W.png)，[高度图](/VoxelSpace/maps/D16.png)
许可
该仓库中的软件部分遵循 MIT 许可协议。如需了解更多信息，请阅读许可文件。请记住，体素空间技术在某些国家可能仍受 [专利](https://patents.justia.com/assignee/novalogic-inc) 保护。颜色图和高度图是从游戏《Comanche》逆向工程而来，因此不在许可范围内。本网站是开源的。[改进此页面](https://github.com/s-macke/VoxelSpace/edit/gh-pages/README.md)。
