Generación procedural de terrenos en Unity

Generación de un terreno desde cero con la herramienta de editor: FBM híbrido multifractal, erosión térmica y colocación de objetos, terminando en la escena con shaders.

Contexto

La generación procedural de terrenos construye un paisaje a partir de un algoritmo en lugar de esculpirlo a mano. Un mapa de alturas se rellena con una función de subdivisión o de ruido, se remodela con erosión simulada y después se viste con objetos y materiales. Cambiar una semilla o un parámetro produce un terreno nuevo en segundos, y por eso estas técnicas están debajo de la mayoría de pipelines de mundo abierto y de simulación.

Este proyecto cubre esa cadena completa dentro de Unity: una herramienta de editor propia que genera, erosiona y puebla terrenos, y un conjunto de shaders que los renderizan con texturizado triplanar, nieve que reacciona a la escena y agua animada. Todo funciona en una escena jugable en la que el terreno se puede recorrer y golpear.

Overview

El proyecto se organiza como un pipeline de cinco etapas:

1. Generar un mapa de alturas con Midpoint Displacement, Diamond-Square o fractal Brownian motion.
2. Erosionarlo con erosión térmica.
3. Poblarlo con instancias de objetos.
4. Sombrearlo con mapeo triplanar, nieve por orientación y una superficie de agua.
5. Interactuar con él desde un controlador en primera persona que cambia la cantidad de nieve y le dispara proyectiles.

La generación, la erosión y la colocación de objetos viven en una única herramienta de editor en el inspector de Unity. Los shaders del terreno son HLSL escrito a mano dentro de nodos Custom Function (TriplanarMapping, TriplanarSnowBlend, SnowVertexDisplacement) conectados en Shader Graph, mientras que el agua está construida por completo con nodos de Shader Graph.

La herramienta de editor

Midpoint Displacement y Diamond-Square

Los dos algoritmos construyen el mapa de alturas por subdivisión recursiva. Parten de las esquinas de la rejilla, rellenan los puntos nuevos con la media de sus vecinos más un desplazamiento aleatorio y repiten sobre celdas cada vez más pequeñas. N fija cuántos niveles de subdivisión se ejecutan, A fija el tamaño de los primeros desplazamientos y H reduce esa amplitud en cada nivel, lo que decide si el resultado se ve rugoso o suave.

Midpoint Displacement rellena los puntos medios de las aristas de cada celda. Diamond-Square alterna dos pasos: el paso diamante calcula el centro de cada cuadrado a partir de sus cuatro esquinas, y el paso cuadrado calcula los puntos medios de las aristas a partir del diamante que los rodea. Esa alternancia reparte mejor los desplazamientos aleatorios y reduce los pliegues alineados con los ejes que suele dejar la subdivisión por punto medio.

Fractal Brownian motion e híbrido multifractal

Fractal Brownian motion suma varias capas, u octavas, de ruido. Cada octava multiplica la frecuencia por el delta de frecuencia y la amplitud por el delta de amplitud, así que cada capa añade detalle más fino y más tenue. La captura usa 8 octavas, amplitud base 0.5 y frecuencia 1, un delta de amplitud (gain) de 0.5 y un delta de frecuencia de 2.

Con Hybrid Multifractal activado, cada octava se pondera con el valor de las anteriores. Las zonas bajas y suaves se mantienen suaves y el detalle se concentra en las zonas altas, lo que da a valles y crestas un carácter distinto en lugar de una superficie uniformemente ruidosa.

Cambio de octavas, gain y frecuencia en el inspector y regeneración del terreno FBM.

Erosión térmica

La erosión térmica simula el material que se desliza por pendientes demasiado inclinadas para sostenerlo. Para cada celda se compara la diferencia de altura con sus vecinos más bajos con un umbral T; donde se supera, una fracción c del exceso se desplaza pendiente abajo. Repetir la pasada suaviza los picos afilados y acumula material al pie de las pendientes. La captura usa c = 0.5 y T = 0.01, y la herramienta informa de la altura mínima y máxima del terreno tras la erosión (0.0108 y 1.0).

El mismo terreno FBM antes y después de aplicar la erosión térmica.

Poblar el terreno

La última sección de la herramienta reparte instancias de un prefab sobre un terreno de destino. Recibe el prefab, el número de instancias y una escala mínima y máxima, así que cada objeto recibe su propio tamaño dentro de ese rango (stone_4, 100 instancias y un rango de escala de 0.8 a 1.5 en la captura). [PENDING: cómo se eligen las posiciones y rotaciones, por ejemplo aleatorias sobre la superficie o alineadas con la normal del terreno]

Colocación de instancias de objetos sobre el terreno erosionado desde la herramienta de editor.

Mapeo triplanar

El mapeo triplanar es una técnica de texturizado que resuelve el problema clásico de aplicar texturas a terrenos con pendientes pronunciadas. Con UVs normales, la textura se estira en zonas verticales porque las coordenadas están pensadas para superficies horizontales. El triplanar proyecta la textura desde tres direcciones ortogonales (X, Y, Z) y mezcla los resultados según la normal de la superficie, eliminando el estiramiento sin importar la orientación. Es la base de casi cualquier terreno de videojuego moderno con acantilados o geometría no plana.

El triplanar samplea la misma textura tres veces, una vez por cada plano ortogonal (XY, XZ, YZ), usando las coordenadas del mundo como UVs. Luego mezcla las tres muestras usando la normal de la superficie como peso: el eje cuya componente de la normal es mayor domina el resultado.

En una superficie horizontal (normal apuntando arriba), la proyección XZ domina y ves la textura desde el eje Y. En un acantilado vertical (normal apuntando lateralmente), la proyección lateral gana y la textura se ve correctamente proyectada, sin estiramiento. La transición entre proyecciones es continua porque el blending usa las componentes al cuadrado de la normal, lo que da un peso suave y sin discontinuidades.

Pendiente del terreno con texturizado UV estándar, mostrando la textura estirada.

La misma pendiente con mapeo triplanar, limpia en toda la geometría.

Acumulación de nieve por orientación de superficie

La nieve no cubre todo el terreno por igual. En la realidad se acumula en superficies horizontales y prácticamente no aparece en superficies verticales. El shader replica esto usando la componente Y de la normal como máscara: superficies con normal apuntando hacia arriba reciben nieve, superficies laterales no.

El resultado es que la nieve aparece en las cimas y llanuras, respeta los acantilados dejándolos con la textura original de roca, y crea transiciones naturales en las pendientes intermedias. Sin geometría adicional, sin pintar manualmente ninguna máscara.

Captura del terreno cubierto de nieve mostrando cómo las paredes verticales quedan de roca y las superficies horizontales de nieve.

Control en tiempo real desde el jugador

El shader expone un parámetro _SnowStrenght que controla cuánta nieve hay en la escena. Desde el FPSController en C# se ajusta con las teclas X (más nieve) y Z (menos), y el cambio se refleja inmediatamente en el material del terreno. También se ajusta _MaxThickness, que controla el desplazamiento físico de los vértices, así que subir la cantidad de nieve no solo cambia el color, sino que la geometría real crece hacia arriba.

Esto se implementa con SnowVertexDisplacement, un shader que desplaza los vértices de la malla del terreno hacia arriba según el valor de _MaxThickness, atenuado por la misma máscara de orientación de superficie. La nieve gana volumen físico, no es solo un cambio de textura.

El terreno con nieve variando en tiempo real al pulsar X/Z, mostrando cómo la geometría crece y decrece.

Reacción a impactos físicos

La parte más específica del sistema es la deformación local por impacto. Cuando el jugador dispara una pelota con clic izquierdo (FPSController.Shoot()), la pelota lleva un componente BulletBounce que detecta la colisión contra el terreno. En el momento del impacto:

1. Se obtiene el punto exacto de la colisión con collision.contacts[0].point.
2. Se ajusta la altura del punto sumándole el _MaxThickness actual, porque la nieve tiene volumen y el punto de colisión física está en el suelo base, no en la superficie visible de la nieve.
3. Se pasan al shader cuatro parámetros: _HitPos (posición del impacto), _HitTime (tiempo del impacto), _BounceRadius (radio del área afectada) y _BounceStrength (intensidad del rebote).

El shader SnowVertexDisplacement usa estos parámetros para modificar el displacement local con un rebote elástico: los vértices dentro del radio del impacto se hunden y vuelven a subir en una oscilación amortiguada, no dejan cráter permanente. Es el mismo efecto que ves en Fortnite cuando disparas contra una estructura: una deformación breve y visible que se recupera. Simplificado pero efectivo, sin necesidad de simulación física real.

El detalle de sumar _MaxThickness a la Y del punto de impacto es lo que hace que la deformación se sienta correcta visualmente. Sin ese ajuste, con la nieve gruesa activada, los rebotes ocurrirían por debajo de la superficie visible.

El sistema de impactos: varias pelotas disparadas seguidas mostrando cómo la nieve rebota localmente donde impactan.

Shader de agua

La superficie del agua está construida en Shader Graph, con el movimiento en la etapa de vértice y el patrón en la de fragmento.

En la etapa de vértice, la posición en espacio de objeto se separa y sus componentes X y Z se desplazan con el tiempo multiplicado por WaveSpeed. Esa coordenada en movimiento alimenta un nodo Simple Noise escalado por NoiseScale; el ruido se multiplica por WaveStrength, se desplaza con Height y se escribe de vuelta como la Y del vértice. La superficie sube y baja en olas que avanzan despacio.

En la etapa de fragmento, un nodo Voronoi con tiling de 10 por 10, densidad de celdas 3 y su ángulo de desplazamiento controlado por el tiempo produce celdas que cambian continuamente. Elevar el resultado a la potencia 5 deja solo los bordes de celda más brillantes, y sumarlos a un color base azul dibuja líneas brillantes en movimiento sobre el agua. La smoothness es 0.5 y la transparencia sale de una propiedad Opacity.

La superficie de agua en la escena: olas en movimiento y líneas Voronoi desplazándose.

Resto de la escena

• Árbol con viento: shader (esta vez en Shader Graph) que simula deformación de las hojas por viento, usando ruido temporal.

Todo se integra en una escena jugable con controlador FPS propio (FPSController, MouseLookFPS), en la que puedes moverte, disparar y modificar el terreno en tiempo real.

Links

• Repositorio: pendiente de hacer público
• Vídeo de demostración: youtube.com/watch?v=uPAuD5lgHe0