在Unity中，Terrain是一个专门用于制作大规模、自然风格场景的强大工具

什么是Terrain

Terrain是Unity提供的一个内置组件，用于在场景中创建可编辑的地形
它由多个部分组成：

• 地形本体（高度图控制的网格）
• 纹理涂层（地表材质贴图）
• 植被/树木/草
• 光照支持（光照贴图、探针）
• LOD和剔除

Terrain的核心结构

Terrain Data

Terrain Data是地形的“后端数据容器”，和Terrain组件一起工作，一个Terrain组件绑定一个TerrainData资源

Terrain terrain = GetComponent<Terrain>();
TerrainData data = terrain.terrainData;

TerrainData保存的内容

高度图（Heightmap）

• 用灰度图(float[,])描述地形的高度
• 控制地形表面的形状

float[,] heights = terrainData.GetHeights(0, 0, width, height);

纹理图层（Splatmaps）

• 每层纹理混合信息
• 用来混合多个地形材质（如泥土、草地、雪）

float[,,] alphamaps = terrainData.GetAlphamaps(x, y, w, h);

细节对象（Details/Grass）

• 如草地、灌木，用细节地图存储

int[,] detailMap = terrainData.GetDetailLayer(x, y, w, h, detailLayerIndex);

树对象（Trees）

• 存储每棵树的位置、缩放、原型类型

TreeInstance[] trees = terrainData.treeInstances;

分辨率信息

• 高度图分辨率：决定地形精细度
• 控制图分辨率：纹理混合图精度
• 细节图分辨率：草木布置精度

terrainData.heightmapResolution
terrainData.alphamapResolution
terrainData.detailResolution

示例：运行时生成地形

void GenerateTerrain()
{
  TerrainData terrainData = new TerrainData();
  terrainData.heightmapResolution = 513;
  terrainData.size = new Vector3(1000, 100, 1000);

  float[,] heights = new float[513, 513];
  for (int x = 0; x < 513; ++x)
  for (int y = 0; y < 513; ++y)
    heights[x, y] = Mathf.PerlinNoise(x * 0.01f, y * 0.01f) * 0.2f;
  
  terrainData.SetHeights(0, 0, heights);

  GameObject terrainGO = Terrain.CreateTerrainGameObject(terrainData);
}

注意事项

Terrain in Inspector

场景中的Terrain对象一般会包含以下模块

• Terrain（主组件）
• Terrain Collider（自动附加）
• Terrain Tools（各种绘制工具）
• Terrain Settings（参数设置）

Create Neighbor Terrains

这是什么

Unity的每一个Terrain是一个地形快（chunk），当你需要构建更大的世界地图时：

你可以将多个地形快拼接在一起，形成一个无缝连接的大地图 Create Neighbor Terrains就是一个快捷工具，让你快速在上下左右形成新的Terrain，并自动设置它们之间的连接关系（Neighbor）

Unity会做什么

• 自动创建一个或多个相邻的Terrain GameObject
• 与当前的Terrain无缝拼接（边界贴合）
• 自动设置每个地形的Neighbor引用（主要用于LOD过渡等）

创建后的Terrain有哪些特征

• 分辨率与当前Terrain一致
• 初始高度图为空白
• 材质/Detail Layer/树/Layer并不会自动继承，需要手动复制
• 已经自动设置了SetNeighbor（Unity会在内部管理连接信息）

为什么需要Neighbor信息

Unity Terrain在运行时做：

• LOD边界融合（避免接缝）
• 光照探针插值正确性
• 寻路/NavMesh分布

也就是说，如果你手动创建了多个Terrain，没有设置Neighbor，会出现：

• LOD切换时断裂
• 光照贴图不连续
• 草树渲染突然中断

Tips

多Terrain的场景通常配合：

• Streaming（按需加载块）
• Runtime Stitching（连接边界） 可以使用插件如MicroSplat/Gaia等进行多地形管理

PaintTerrain

这是Unity Terrain系统用于手动“绘制”地形的工具，类似PS中的笔刷，但是用于三维地形，可以用它来：

• 提升/降低地形
• 涂抹纹理（比如：草、图、雪）
• 铺设草和石头（Detail）
• 放置树木（Tree）
• 设置材质混合
• 创建地形孔洞（如山洞入口）

Sub Tools

1.Raise or Lower Terrain

用笔刷将地形向上或向下推动

• Bursh Size：笔刷大小（影响范围）
• Opacity：强度（提升速度）
• Target Strength：单次推拉的力量
• 可用于画山、丘陵、平原

配合Shift反向操作

2.Set Height

把地形调整到某个统一的高度（例如建平台）

• 设置Target Height，然后绘制地形
• 适合制作建筑平台、河面、平地道路

可以使用Flatten一键铺平当前Terrain

3.Smooth Height（平滑地形）

平滑地形的高低差，让地形更自然

• 常用于锐利山峰边缘平滑处理
• 减少单位移动时的突兀感

4.Paint Texture（涂地表材质）

把不同纹理“画”到地形上，实现草地、雪地、沙漠的混合过渡

• 每个纹理时一个Terrain Layer
• Unity支持多图混合（最多8张）
• 使用笔刷方式混合地表纹理

示例层：

• Layer1：Grass
• Layer2：Dirt
• Layer3：Rock

支持自定义笔刷、混合过渡控制（Opacity）
Add Layer添加纹理层，选用PBR材质（支持BaseMap、NormalMap）

5.Terrain Holes

画出洞，让地形有缺口（可用于洞穴、地道入口）

• 类似“橡皮擦”，直接擦掉地形面片
• 可用于：
  • 做地下世界入口
  • 配合Portal、Volume、Trigger使用 默认不可通过地形下看见，需要你手动铺地板或连接其他网格模型

Paint Trees

Paint Trees是Unity Terrain中用于批量种植树木的工具，它支持使用不同树模型的自动随机分布、缩放、选择、LOD显示等，是创建森林、山地植被的关键工具

添加树模型

点击 “Edit Trees” → “Add Tree…”：

• 在弹出的窗口中选择一个 树的 Prefab
• Unity 支持：
  • Tree Creator 制作的树（.tree 文件）
  • SpeedTree 模型（.spm 文件）
  • 自己导入的 FBX/Prefab 模型（需带有 LOD/Collider）

要求：

• 树不能有刚体或Animator
• 树Prefab中必须包含Mesh Renderer（或SpeedTree）

种树参数设置

添加好树之后，就可以开始“画树”了，主要参数如下：

每画一次，就会在当前区域根据密度、大小、颜色等参数生成多个树

树木渲染和性能优化

Unity的Terrain树有专门的渲染优化方案

Billboard（看板树）

• 当树距离相机较远时，自动变成平面图片
• 极大减少了远距离渲染负担

LOD支持

• 使用SpeedTree模型或LOD Group的树可自动切换模型精度
• 可自定义LOD阶段

GPU Instancing

• 大量相同的树会使用GPU Instancing批处理渲染
• 极大提高性能，适合森林、大面积自然场景

树的碰撞

默认树时没有碰撞器的，但你可以启用碰撞

• 勾选Tree Collider（取决于添加的树的prefab）
• 或者在Runtime中为某些特殊树添加Capsule Collider等

适用于：

• 玩家可以撞到树
• 砍树系统
• 遮挡判断

几种树的比较

Paint Details

Paint Details是Unity Terrain系统中用于在地形上批量绘制“小型自然细节”的工具，它与Paint Trees类似，但用于体积更小、密度更高的细节对象，是构建自然场景的关键补充

如何添加细节类型

点击面板中的：Edit Details → Add Detail Mesh / Add Grass Texture

Unity提供两种添加方式

Add Grass Texture

用于画贴图式草，性能最高

• 你只需指定一个灰度图草纹理（通常带透明背景）
• Unity会使用Billboard模式渲染草
• 草会随风飘动（可在Terrain Setting设置Wind参数）
• 可调颜色混合范围、尺寸、透明度

Add Detail Mesh

• 可选一个Prefab（如石头、蘑菇、底模模型）
• 用于3D小物件渲染
• 可以勾选GPU Instancing以提升性能

注意：

• 太复杂的Mesh会降低性能
• 太密集的放置会导致Draw Call飙升

Paint参数

渲染与性能优化

优化特性

注意：

• 草的渲染非常依赖显卡带宽，大量草可能拖慢帧率
• Detail Mesh应尽量简化为低面数模型
• 尽量不要混用太多不同Detail类型

风动效果设置

• 草地的“飘动”来自于Terrain Setting中的Wind Settings for Grass
• 可调：
  • Speed（速度）
  • Size（波动幅度）
  • Bending（弯曲度）
  • Grass Tint（颜色偏移）

默认Terrain草是静态烘焙的，运行时不支持动态添加 但可以：

• 使用脚本控制DetailPrototype动态添加/刷新
• 使用GPU Instancing + Compute Shader自制草系统

Terrain Settings

Basic Terrain

Tree & Detail Objects

Wind Settings for Grass

Mesh Resolution

Holes Settings

Texture Resolutions

Lighting

Lightmapping

Quality Settings

主要地形制作方式

1.手动笔刷绘制（适用于小项目、快速原型）

• Unity自带Terrain工具，支持高度、纹理、树、草等绘制
• 优点：操作直观，上手快
• 缺点：效率低、不易保持美术风格一致，细节靠人工修
• 使用场景：教学演示、小型独立游戏、快速原型

2.外部DCC工具制作 -> 导入高度图（专业项目常用）

• 使用专业地形软件或美术工具生成高质量地形，再导入Unity：

• Unity支持将这些高度图作为Raw导入，并通过TerrainData生成地形

3.程序生成地形（Runtime或编译器内）

• 常用于开放世界、沙盒、随机地图类型游戏
• 通过代码控制TerrainData的高度图、纹理图、细节对象等

float[,] heights = new float[width, height];
for (int x = 0; x < width; ++x)
for (int y = 0; y < height; ++y)
    heights[x, y] = Mathf.PerlinNoise(x * 0.05f, y * 0.05f);
terrainData.SetHeights(0, 0, heights);

• 可加入：
  • 噪声函数（Perlin、Simplex）
  • 河流生成
  • 村庄、道路布置

插件生成（最强大的方式）

Unity商城中有许多强大的地形插件：

Terrain LOD 编写/调优

在Unity中，Terrain的LOD是通过高度图分辨率、Pixel Error、以及细节分布分辨率来自动控制网格细分级别。

但Unity也允许通过Shader或代码进一步控制、调优甚至自定义LOD系统

Unity Terrain的LOD原理

Unity的内置Terrain使用以下机制实现LOD：

Unity Terrain会自动把地形划分为多个Patch（块），并对每块Patch做LOD

自定义地形LOD Shader

如果想完全控制地形LOD，特别是在自写Mesh Terrain时，可以通过Shader + C#实现

示例：通过高度图动态LOD网格

// 顶点 shader 中使用 distance 控制 mesh LOD 精度
float distanceToCamera = distance(_WorldSpaceCameraPos.xyz, v.vertex.xyz);
float lodLevel = saturate(distanceToCamera / _LodRange); // 0~1
// 然后根据lodLevel选择不同精度的高度图采样

也可以用 Tessellation Shader 来实现更智能的细分控制

[domain("tri")]
[partitioning("fractional_even")]
[outputtopology("triangle_cw")]
[patchconstantfunc("PatchConstantFunction")]
[outputcontrolpoints(3)]
void TessellationHullFunction(...)
{
  // 自定义 LOD 控制 tessellationFactor
}

LOD调优策略

Terrain GPU Instancing（草、树渲染优化）

Terrain GPU Instancing是Unity用于优化草和树渲染性能的关键技术，它能显著减少Draw Call数量，加速大量重复物体的渲染，非常适合用于大场景、开放世界、森林等

什么是GPU Instancing

GPU Instancing(GPU 实例化)是指：

一次提交，多次绘制相同物体，减少CPU->GPU的调用次数

• 普通方式：每棵草都一次Draw Call（开销爆炸）
• Instancing：同一模型、不同位置->1次Draw Call，绘制所有实例

在Unity Terrain中的应用

Details GPU Instancing

Unity 2018+起支持：

• 使用材质类型：Instanced Mesh 或 Grass Mesh
• 并开启“Enable GPU Instancing”选项

操作方法：
1.打开Terrain面板->Paint Details工具

2.点击Edit Details -> Add Detail Mesh

3.在弹窗中：

• 选择一个小草模型（Mesh）
• 勾选Use GPU Instancing
• 设置距离、颜色、密度等参数

4.Unity自动启用GPU实例渲染

注意：草贴图（billboard类型）默认不支持GPU Instancing，需改为Mesh类型或自定义Shader

Trees GPU Instancing

树的GPU Instancing 需要满足两个条件：

• 模型为Mesh（非SpeedTree）
• 树的材质启用GPU Instancing

操作：
1.打开Paint Trees工具

2.添加树种时选择普通Mesh树（非SpeedTree）

3.确保其材质上开启GPU Instancing

注意事项

高阶优化

示例：自定义URP Shader支持Instancing

Tags {"RenderType" = "Opaque"}
Pass{
  ...
  CGPROGRAM
  #pragma vertex vert
  #pragma fragment frag
  #pragma multi_compile_instancing

  UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(Props)
  UNITY_INSTANCING_BUFFER_END(Props)

  struct appdata
  {
    float4 vertex : POSITION;
    UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
  };

  struct v2f
  {
    float4 pos : SV_POSITION;
    UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
  };

  v2f vert(appdata v)
  {
    UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v);
    ...
  }
  ...
  ENDCG
}

使用Terrain Toolkit插件或Gaia等地形生成工具

TODO

多地形拼接、无缝过渡

Unity的Terrain是单独的GameObject，每个最多4097*4097高度图/贴图分辨率，单地形很难承载整个世界，因此需要：

将世界划分为多个Terrain块，拼接形成一个整体大地图

拼接方式

方法一：Unity内建 Create Neighbor Terrains

见上文

方法二：代码方式设置Neighbor

terrain.SetNeighbor(left, top, right, bottom);

Unity的渲染系统通过SetNeighbors方法了解哪些Terrain相邻，从而实现：

• 地形LOD平滑衔接
• 避免裂缝/LOD跳跃
• 正确生成相邻地形的阴影、光照探针等

如何实现高度无缝

方法一：在编辑时使用同步工具

• 用Terrain Tools插件中的Terrain Stitch Tool
• 或用插件（如Gaia、Wrold Creator）自动生成高度图并拼接

方法二：手动同步边界高度

当你修改Terrain A的边缘时，要同步更新Terrain B相邻边缘的高度（可通过代码或工具完成）

如何实现纹理无缝

使用相同的SplatMap（地形图层）

• 确保所有Terrain使用相同的Terrain Layer（纹理材质）
• 地形混合时，使用相同规则的笔刷强度
• 地图边缘刷贴图时过渡得要自然（如混合2~3中Layer）

生态系统（草/树）边界过渡

• 插件会对自动边界进行生态镜像过渡
• 自定义草系统需处理边界草的“半草”同步问题
• 植被生成算法需考虑相邻Terrain的坐标范围

LOD无缝过渡与裂缝问题（Crack）

Unity Terrain会自动处理LOD，但如果没有设置邻居关系或高度差距大，会出现裂缝
解决办法：

• 一定调用SetNeighbors
• 保证相邻Terrain的边缘高度一致
• 使用LOD抗裂缝策略（如添加额外边界顶点）

结合导航烘焙（NavMesh + Terrain）

Navigation

Runtime地形修改（Voxel、地形破坏）

运行时地形修改的主流方案概览

方案一：体素地形（Voxel Terrain）

类似Minecraft风格的可破坏地形

实现流程：
1.创建体素数据结构（3D数组）

byte[,,] voxels = new byte[width, height, depth];

2.定义每种方块类型（空气、土、石头等）

3.使用Marching Cubes或Greedy Mesh算法生成Mesh

4.实现挖掘、填充逻辑（修改数组，重新生成Mesh）

5.使用Chunk分块机制优化性能

方案二：修改Unity Terrain高度图（SetHeights）

适用于地形凹陷、爆炸坑、地形塑形

示例

void DigHole(Terrain terrain, Vector3 worldPos, float radius, float depth)
{
  TerrainData tData = terrain.terrainData;

  int xRes = tData.heightmapResolution;
  int yRes = tData.heightmapResolution;

  Vector3 terrainPos = worldPos = terrain.transform.position;
  int x = (int)((terrainPos.x / tData.size.x) * xRes);
  int y = (int)((terrainPos.z / tData.size.z) * yRes);

  int r = Mathf.RoundToInt((radius / tData.size.x) * xRes);
  float[,] heights = tData.GetHeights(x - r, y - r, r * 2, r * 2);

  for (int i = 0; i < r * 2; ++i)
  {
    for (int j = 0; j < r * 2; j++)
    {
      float dist = Vector2.Distance(new Vector2(i, j), new Vector2(r, r));
      if (dist < r) heights[i, j] -= depth * (1f - dist / r);
    }
  }

  tData.SetHeights(x - r, y - r, heights);
}

注意：

• 每次SetHeights开销较大，频繁修改可能掉帧
• 修改后不会自动更新NavMesh，需要手动NavMeshSurface.BuildNavMesh()

方案三：自定义Mesh地形修改

可以用Procedural Mesh创建“可破坏”的Mesh地面，然后直接修改顶点高度

核心点：

• Mesh.vertices + Mesh.RecalculateNormals()
• 可用于地形凹陷、打击坑
• 可结合Shader实现更复杂视觉反馈

GPU地形修改（Shader/Compute Shader）

适合需要大量实时修改的场景，如地面波纹、动态地形变化

常用技巧：

• 通过RenderTexture存储高度图
• 通过Compute Shader修改像素
• 在Shader中将高度图应用为vertex displacement

可参考：Unity官方例子GPU Terrain Stamp或Amplify Shader Editor示例

Terrain API

Static Properies

Properties

Public Methods

Static Methods

详见UnityScripting Terrain