Physically Based Terrain Generation : Procedural Heightmap Generation Using Plate Tectonics

Abstract

This thesis explores the usefulness of the theory of plate tectonics in procedural terrain generation. The objective is to produce a model that's based on plate tectonics and use it to investigate the benefits and drawbacks of simulating the movement and dynamics of tectonic plates.

The study briefly reviews the procedural methods that are currently used in the game and film industries to produce artificial terrain and discusses their strengths and weaknesses. Utilization of plate tectonics in the generation of artificial heightmaps is suggested and the theory behind it is covered in appropriate detail. The thesis examines some related previous works before introducing a new computer implementation of a terrain generator that is based on plate tectonics.

The resulting implementation is able to produce far more realistic heightmaps more autonomously than what is possible with most conventional methods. Coupled with the relatively low level of technical competency required to implement the terrain generator it becomes evident that the simulation of plate tectonics is a plausible method for procedural terrain generation for hobbyists and professionals alike.

Tässä opinnäytetyössä tutkitaan miten laattatektoniikkaa voidaan hyödyntää täysin automatisoidussa maastonluomisessa. Tarkoituksena on toteuttaa laattatektoniikkaan perustuva malli ja selvittää sen avulla mannerlaattojen liikkeen ja dynamiikan simuloimisen hyödyt ja haasteet.

Työssä käydään lyhyesti läpi ne proseduraaliset menetelmät, joilla peli- ja elokuvateollisuudessa nykyään luodaan maastoja, ja esitellään niiden hyvät ja huonot puolet. Laattatektoniikkaa ehdotetaan käytettäväksi keinotekoisen maaston luomisessa ja siihen liittyvä teoria käydään läpi riittävällä tarkkuudella. Joitakin aiheeseen liittyviä aiempia töitä esitellään lyhyesti, jonka jälkeen selitetään työn tuloksena syntyneen, laattatektoniikkaa käyttävän mallin ohjelmallisen toteutuksen rakenne ja toiminta.

Työssä havaittiin, että laattatektoniikkaa mallintavan, täysin autonomisen maastonluontialgoritmin toteuttaminen on kohtuullisen yksinkertaista. Työn aikana toteutettu algoritmi tuotti merkittävästi totuudenmukaisempia maastoja kuin mihin suurella osalla perinteisistä menetelmistä päästään. Nämä seikat osoittavat, että laattatektoniikkaan perustuvat menetelmät ovat varteenotettava vaihtoehto proseduraaliseen maastonluontiin sekä harrastelijoille että ammattilaisille.