Proste generowanie hałasu

Chcę wygenerować szum, który wygląda następująco:

(zdjęcia dzięki uprzejmości Understanding Perlin Noise )

Zasadniczo szukam hałasu z mnóstwem małych „zmarszczek”. Następujące działania niepożądane są niepożądane:

Czy są na to jakieś proste sposoby? Patrzę na perlin i simplex od tygodnia i wydaje mi się, że nie mogę go nigdy uruchomić w JavaScript, a kiedy to robię, nie mam odpowiednich parametrów do generowania takich obrazów, lub jest to straszne powolny.

Rozumiem, że 3 obrazy, które opublikowałem, można prawdopodobnie osiągnąć za pomocą tego samego algorytmu, ale w innej skali, ale nie potrzebuję tego algorytmu. Potrzebuję tylko bardzo prostego algorytmu, aby osiągnąć idealnie coś takiego jak na pierwszym obrazie. Może jakieś rozmycie wykona zadanie, ale nie mogę osiągnąć rezultatów.

Rozwijam to w JavaScript, ale dowolny kod, a nawet proste i szczegółowe wyjaśnienie będzie działać.

Chociaż istniejące odpowiedzi są dobrym sposobem na osiągnięcie tego, co pokazują obrazy w pytaniu, komentarze ujawniły, że celem jest wygenerowanie obrazu, jak pokazano poniżej:

Ten rodzaj szumu różni się znacznie od szumu pokazanego na obrazach pytania, ponieważ tworzy bliskie pojedyncze plamy.

Okazuje się, że ten rodzaj szumu nazywa się turbulencją, która (zgodnie z tym artykułem Klejnoty procesora ) jest implementowana w następujący sposób (gdzie noisefunkcja szumu Perlina zwraca wartości z -1..1):

double turbulence(double x, double y, double z, double f) {
    double t = -.5;
    for ( ; f <= W/12 ; f *= 2) // W = Image width in pixels
        t += abs(noise(x,y,z,f) / f);
    return t;
}

Połączenie tej implementacji JavaScript Perlin-noise z opisaną powyżej funkcją turbulencji generuje szum, który jest podobny do powyższego obrazu:

Kod JavaScript, który został użyty do wygenerowania powyższego obrazu, można znaleźć w tym jsFiddle .

Twoje przykładowe obrazy przypominają różowy szum. Jest generowany w następujący sposób:

• Po pierwsze, mamy jakiś płynny, przypadkowy szum. Zwykle osiąga się to przez obliczenie pseudolosowych wartości w punktach o współrzędnych całkowitych i interpolację tych wartości w jakiś sposób. Wynik na tym etapie wygląda następująco:

  

• Następnie bierzemy ten hałas i „ściskamy” go, zwiększając jego częstotliwość. Najprostszym wzorem na to jest n2 (x, y) = n1 (x f, y f). W ten sposób wzór szumu jest ściskany f razy w obu kierunkach. Lepsze algorytmy szumu również obracają i / lub tłumaczą wzór szumu na tym etapie, w celu rozbicia prawidłowości.

• Następnie ten ściśnięty wzór jest mnożony przez pewną wartość (mniej niż 1) i dodawany do pierwszego wzoru. W efekcie dodajemy małe zmiany wyższej częstotliwości oprócz wzoru niskiej częstotliwości. Wynik wygląda trochę tak:

  

• Kroki 2 i 3 można powtórzyć wiele razy, dodając drobniejsze i bardziej szczegółowe szczegóły. wynik netto zwykle wygląda jak twój przykład z czerwonym krzyżem. Zauważ jednak, że w naszym algorytmie mamy 3 parametry do zabawy:

  • Liczba oktaw - lub innymi słowy liczba kroków w generowaniu. Więcej kroków oznacza dokładniejsze szczegóły w powstałym wzorze.
  • Trwałość. Jest to wartość, która jest mnożona na każdym kroku. Zwykle trwałość wynosi od 0 do 1. Wysokie wartości trwałości zwykle powodują „głośne” wzorce z dużą ilością drobnych szczegółów. Niska trwałość tworzy gładkie wzory z subtelnymi detalami.
  • Lacunarity. Jest to współczynnik „ściśnięcia”, którego używamy na każdym kroku. Lacunarity działa trochę jak perystencja, ale nie do końca. Niska lunarność zapewnia gładsze wzory, a wysoka lunarność tworzy bardziej ostre i kontrastowe.

Oto kilka przykładów:

Wysoka wytrwałość:

Wysoka luźność:

Niska luźność:

Zabawa z tymi parametrami to nie jedyne, co możesz zrobić. Jedną z fajnych technik, które mogą nadać charakter wzorcom szumów, jest użycie zakłóceń , czyli dodanie szumu do współrzędnych wejściowych funkcji hałasu.

Na przykład, załóżmy, że masz jakąś funkcję, która generuje hałas podanych współrzędnych i losowych: Noise(x,y, seed). Następnie możesz użyć czegoś takiego, Noise(x+Noise(x,y,234), y+Noise(x,y,6544), seed)aby uzyskać zaburzoną wartość. Może to prowadzić do takich wzorów (zaburzenie dotyczy tutaj wzoru kołowego, a nie hałasu):

Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, sugeruję przyjrzeć się libnoise (C ++) lub CoherentNoise (C #). Niestety nie znam żadnej biblioteki generującej szumy Javascript.

Kod jest komentowany. Podziękowania należą się Seanowi McCulloughowi. http://staffwww.itn.liu.se/~stegu/simplexnoise/simplexnoise.pdf

// Ported from Stefan Gustavson's java implementation
// http://staffwww.itn.liu.se/~stegu/simplexnoise/simplexnoise.pdf
// Read Stefan's excellent paper for details on how this code works.
//
// Sean McCullough banksean@gmail.com

/**
* You can pass in a random number generator object if you like.
* It is assumed to have a random() method.
*/
var SimplexNoise = function(r) {
if (r == undefined) r = Math;
  this.grad3 = [[1,1,0],[-1,1,0],[1,-1,0],[-1,-1,0],
                                 [1,0,1],[-1,0,1],[1,0,-1],[-1,0,-1],
                                 [0,1,1],[0,-1,1],[0,1,-1],[0,-1,-1]];
  this.p = [];
  for (var i=0; i<256; i++) {
this.p[i] = Math.floor(r.random()*256);
  }
  // To remove the need for index wrapping, double the permutation table length
  this.perm = [];
  for(var i=0; i<512; i++) {
this.perm[i]=this.p[i & 255];
}

  // A lookup table to traverse the simplex around a given point in 4D.
  // Details can be found where this table is used, in the 4D noise method.
  this.simplex = [
    [0,1,2,3],[0,1,3,2],[0,0,0,0],[0,2,3,1],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[1,2,3,0],
    [0,2,1,3],[0,0,0,0],[0,3,1,2],[0,3,2,1],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[1,3,2,0],
    [0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],
    [1,2,0,3],[0,0,0,0],[1,3,0,2],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[2,3,0,1],[2,3,1,0],
    [1,0,2,3],[1,0,3,2],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[2,0,3,1],[0,0,0,0],[2,1,3,0],
    [0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],
    [2,0,1,3],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[3,0,1,2],[3,0,2,1],[0,0,0,0],[3,1,2,0],
    [2,1,0,3],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[0,0,0,0],[3,1,0,2],[0,0,0,0],[3,2,0,1],[3,2,1,0]];
};

SimplexNoise.prototype.dot = function(g, x, y) {
return g[0]*x + g[1]*y;
};

SimplexNoise.prototype.noise = function(xin, yin) {
  var n0, n1, n2; // Noise contributions from the three corners
  // Skew the input space to determine which simplex cell we're in
  var F2 = 0.5*(Math.sqrt(3.0)-1.0);
  var s = (xin+yin)*F2; // Hairy factor for 2D
  var i = Math.floor(xin+s);
  var j = Math.floor(yin+s);
  var G2 = (3.0-Math.sqrt(3.0))/6.0;
  var t = (i+j)*G2;
  var X0 = i-t; // Unskew the cell origin back to (x,y) space
  var Y0 = j-t;
  var x0 = xin-X0; // The x,y distances from the cell origin
  var y0 = yin-Y0;
  // For the 2D case, the simplex shape is an equilateral triangle.
  // Determine which simplex we are in.
  var i1, j1; // Offsets for second (middle) corner of simplex in (i,j) coords
  if(x0>y0) {i1=1; j1=0;} // lower triangle, XY order: (0,0)->(1,0)->(1,1)
  else {i1=0; j1=1;} // upper triangle, YX order: (0,0)->(0,1)->(1,1)
  // A step of (1,0) in (i,j) means a step of (1-c,-c) in (x,y), and
  // a step of (0,1) in (i,j) means a step of (-c,1-c) in (x,y), where
  // c = (3-sqrt(3))/6
  var x1 = x0 - i1 + G2; // Offsets for middle corner in (x,y) unskewed coords
  var y1 = y0 - j1 + G2;
  var x2 = x0 - 1.0 + 2.0 * G2; // Offsets for last corner in (x,y) unskewed coords
  var y2 = y0 - 1.0 + 2.0 * G2;
  // Work out the hashed gradient indices of the three simplex corners
  var ii = i & 255;
  var jj = j & 255;
  var gi0 = this.perm[ii+this.perm[jj]] % 12;
  var gi1 = this.perm[ii+i1+this.perm[jj+j1]] % 12;
  var gi2 = this.perm[ii+1+this.perm[jj+1]] % 12;
  // Calculate the contribution from the three corners
  var t0 = 0.5 - x0*x0-y0*y0;
  if(t0<0) n0 = 0.0;
  else {
    t0 *= t0;
    n0 = t0 * t0 * this.dot(this.grad3[gi0], x0, y0); // (x,y) of grad3 used for 2D gradient
  }
  var t1 = 0.5 - x1*x1-y1*y1;
  if(t1<0) n1 = 0.0;
  else {
    t1 *= t1;
    n1 = t1 * t1 * this.dot(this.grad3[gi1], x1, y1);
  }
  var t2 = 0.5 - x2*x2-y2*y2;
  if(t2<0) n2 = 0.0;
  else {
    t2 *= t2;
    n2 = t2 * t2 * this.dot(this.grad3[gi2], x2, y2);
  }
  // Add contributions from each corner to get the final noise value.
  // The result is scaled to return values in the interval [-1,1].
  return 70.0 * (n0 + n1 + n2);
};

// 3D simplex noise
SimplexNoise.prototype.noise3d = function(xin, yin, zin) {
  var n0, n1, n2, n3; // Noise contributions from the four corners
  // Skew the input space to determine which simplex cell we're in
  var F3 = 1.0/3.0;
  var s = (xin+yin+zin)*F3; // Very nice and simple skew factor for 3D
  var i = Math.floor(xin+s);
  var j = Math.floor(yin+s);
  var k = Math.floor(zin+s);
  var G3 = 1.0/6.0; // Very nice and simple unskew factor, too
  var t = (i+j+k)*G3;
  var X0 = i-t; // Unskew the cell origin back to (x,y,z) space
  var Y0 = j-t;
  var Z0 = k-t;
  var x0 = xin-X0; // The x,y,z distances from the cell origin
  var y0 = yin-Y0;
  var z0 = zin-Z0;
  // For the 3D case, the simplex shape is a slightly irregular tetrahedron.
  // Determine which simplex we are in.
  var i1, j1, k1; // Offsets for second corner of simplex in (i,j,k) coords
  var i2, j2, k2; // Offsets for third corner of simplex in (i,j,k) coords
  if(x0>=y0) {
    if(y0>=z0)
      { i1=1; j1=0; k1=0; i2=1; j2=1; k2=0; } // X Y Z order
      else if(x0>=z0) { i1=1; j1=0; k1=0; i2=1; j2=0; k2=1; } // X Z Y order
      else { i1=0; j1=0; k1=1; i2=1; j2=0; k2=1; } // Z X Y order
    }
  else { // x0<y0
    if(y0<z0) { i1=0; j1=0; k1=1; i2=0; j2=1; k2=1; } // Z Y X order
    else if(x0<z0) { i1=0; j1=1; k1=0; i2=0; j2=1; k2=1; } // Y Z X order
    else { i1=0; j1=1; k1=0; i2=1; j2=1; k2=0; } // Y X Z order
  }
  // A step of (1,0,0) in (i,j,k) means a step of (1-c,-c,-c) in (x,y,z),
  // a step of (0,1,0) in (i,j,k) means a step of (-c,1-c,-c) in (x,y,z), and
  // a step of (0,0,1) in (i,j,k) means a step of (-c,-c,1-c) in (x,y,z), where
  // c = 1/6.
  var x1 = x0 - i1 + G3; // Offsets for second corner in (x,y,z) coords
  var y1 = y0 - j1 + G3;
  var z1 = z0 - k1 + G3;
  var x2 = x0 - i2 + 2.0*G3; // Offsets for third corner in (x,y,z) coords
  var y2 = y0 - j2 + 2.0*G3;
  var z2 = z0 - k2 + 2.0*G3;
  var x3 = x0 - 1.0 + 3.0*G3; // Offsets for last corner in (x,y,z) coords
  var y3 = y0 - 1.0 + 3.0*G3;
  var z3 = z0 - 1.0 + 3.0*G3;
  // Work out the hashed gradient indices of the four simplex corners
  var ii = i & 255;
  var jj = j & 255;
  var kk = k & 255;
  var gi0 = this.perm[ii+this.perm[jj+this.perm[kk]]] % 12;
  var gi1 = this.perm[ii+i1+this.perm[jj+j1+this.perm[kk+k1]]] % 12;
  var gi2 = this.perm[ii+i2+this.perm[jj+j2+this.perm[kk+k2]]] % 12;
  var gi3 = this.perm[ii+1+this.perm[jj+1+this.perm[kk+1]]] % 12;
  // Calculate the contribution from the four corners
  var t0 = 0.6 - x0*x0 - y0*y0 - z0*z0;
  if(t0<0) n0 = 0.0;
  else {
    t0 *= t0;
    n0 = t0 * t0 * this.dot(this.grad3[gi0], x0, y0, z0);
  }
  var t1 = 0.6 - x1*x1 - y1*y1 - z1*z1;
  if(t1<0) n1 = 0.0;
  else {
    t1 *= t1;
    n1 = t1 * t1 * this.dot(this.grad3[gi1], x1, y1, z1);
  }
  var t2 = 0.6 - x2*x2 - y2*y2 - z2*z2;
  if(t2<0) n2 = 0.0;
  else {
    t2 *= t2;
    n2 = t2 * t2 * this.dot(this.grad3[gi2], x2, y2, z2);
  }
  var t3 = 0.6 - x3*x3 - y3*y3 - z3*z3;
  if(t3<0) n3 = 0.0;
  else {
    t3 *= t3;
    n3 = t3 * t3 * this.dot(this.grad3[gi3], x3, y3, z3);
  }
  // Add contributions from each corner to get the final noise value.
  // The result is scaled to stay just inside [-1,1]
  return 32.0*(n0 + n1 + n2 + n3);
};

Ponadto, jeśli używasz PRNG z tym, możesz łatwo uzyskać łatwe do ponownego zainstalowania wyniki

/*
  I've wrapped Makoto Matsumoto and Takuji Nishimura's code in a namespace
  so it's better encapsulated. Now you can have multiple random number generators
  and they won't stomp all over eachother's state.

  If you want to use this as a substitute for Math.random(), use the random()
  method like so:

  var m = new MersenneTwister();
  var randomNumber = m.random();

  You can also call the other genrand_{foo}() methods on the instance.

  If you want to use a specific seed in order to get a repeatable random
  sequence, pass an integer into the constructor:

  var m = new MersenneTwister(123);

  and that will always produce the same random sequence.

  Sean McCullough (banksean@gmail.com)
*/

/* 
   A C-program for MT19937, with initialization improved 2002/1/26.
   Coded by Takuji Nishimura and Makoto Matsumoto.

   Before using, initialize the state by using init_genrand(seed)  
   or init_by_array(init_key, key_length).

   Copyright (C) 1997 - 2002, Makoto Matsumoto and Takuji Nishimura,
   All rights reserved.                          

   Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   modification, are permitted provided that the following conditions
   are met:

     1. Redistributions of source code must retain the above copyright
        notice, this list of conditions and the following disclaimer.

     2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
        notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
        documentation and/or other materials provided with the distribution.

     3. The names of its contributors may not be used to endorse or promote 
        products derived from this software without specific prior written 
        permission.

   THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE COPYRIGHT HOLDERS AND CONTRIBUTORS
   "AS IS" AND ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT
   LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR
   A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE COPYRIGHT OWNER OR
   CONTRIBUTORS BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
   EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO,
   PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR
   PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF
   LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
   NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
   SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.


   Any feedback is very welcome.
   http://www.math.sci.hiroshima-u.ac.jp/~m-mat/MT/emt.html
   email: m-mat @ math.sci.hiroshima-u.ac.jp (remove space)
*/

var MersenneTwister = function(seed) {
  if (seed == undefined) {
    seed = new Date().getTime();
  } 
  /* Period parameters */  
  this.N = 624;
  this.M = 397;
  this.MATRIX_A = 0x9908b0df;   /* constant vector a */
  this.UPPER_MASK = 0x80000000; /* most significant w-r bits */
  this.LOWER_MASK = 0x7fffffff; /* least significant r bits */

  this.mt = new Array(this.N); /* the array for the state vector */
  this.mti=this.N+1; /* mti==N+1 means mt[N] is not initialized */

  this.init_genrand(seed);
}  

/* initializes mt[N] with a seed */
MersenneTwister.prototype.init_genrand = function(s) {
  this.mt[0] = s >>> 0;
  for (this.mti=1; this.mti<this.N; this.mti++) {
      var s = this.mt[this.mti-1] ^ (this.mt[this.mti-1] >>> 30);
   this.mt[this.mti] = (((((s & 0xffff0000) >>> 16) * 1812433253) << 16) + (s & 0x0000ffff) * 1812433253)
  + this.mti;
      /* See Knuth TAOCP Vol2. 3rd Ed. P.106 for multiplier. */
      /* In the previous versions, MSBs of the seed affect   */
      /* only MSBs of the array mt[].                        */
      /* 2002/01/09 modified by Makoto Matsumoto             */
      this.mt[this.mti] >>>= 0;
      /* for >32 bit machines */
  }
}

/* initialize by an array with array-length */
/* init_key is the array for initializing keys */
/* key_length is its length */
/* slight change for C++, 2004/2/26 */
MersenneTwister.prototype.init_by_array = function(init_key, key_length) {
  var i, j, k;
  this.init_genrand(19650218);
  i=1; j=0;
  k = (this.N>key_length ? this.N : key_length);
  for (; k; k--) {
    var s = this.mt[i-1] ^ (this.mt[i-1] >>> 30)
    this.mt[i] = (this.mt[i] ^ (((((s & 0xffff0000) >>> 16) * 1664525) << 16) + ((s & 0x0000ffff) * 1664525)))
      + init_key[j] + j; /* non linear */
    this.mt[i] >>>= 0; /* for WORDSIZE > 32 machines */
    i++; j++;
    if (i>=this.N) { this.mt[0] = this.mt[this.N-1]; i=1; }
    if (j>=key_length) j=0;
  }
  for (k=this.N-1; k; k--) {
    var s = this.mt[i-1] ^ (this.mt[i-1] >>> 30);
    this.mt[i] = (this.mt[i] ^ (((((s & 0xffff0000) >>> 16) * 1566083941) << 16) + (s & 0x0000ffff) * 1566083941))
      - i; /* non linear */
    this.mt[i] >>>= 0; /* for WORDSIZE > 32 machines */
    i++;
    if (i>=this.N) { this.mt[0] = this.mt[this.N-1]; i=1; }
  }

  this.mt[0] = 0x80000000; /* MSB is 1; assuring non-zero initial array */ 
}

/* generates a random number on [0,0xffffffff]-interval */
MersenneTwister.prototype.genrand_int32 = function() {
  var y;
  var mag01 = new Array(0x0, this.MATRIX_A);
  /* mag01[x] = x * MATRIX_A  for x=0,1 */

  if (this.mti >= this.N) { /* generate N words at one time */
    var kk;

    if (this.mti == this.N+1)   /* if init_genrand() has not been called, */
      this.init_genrand(5489); /* a default initial seed is used */

    for (kk=0;kk<this.N-this.M;kk++) {
      y = (this.mt[kk]&this.UPPER_MASK)|(this.mt[kk+1]&this.LOWER_MASK);
      this.mt[kk] = this.mt[kk+this.M] ^ (y >>> 1) ^ mag01[y & 0x1];
    }
    for (;kk<this.N-1;kk++) {
      y = (this.mt[kk]&this.UPPER_MASK)|(this.mt[kk+1]&this.LOWER_MASK);
      this.mt[kk] = this.mt[kk+(this.M-this.N)] ^ (y >>> 1) ^ mag01[y & 0x1];
    }
    y = (this.mt[this.N-1]&this.UPPER_MASK)|(this.mt[0]&this.LOWER_MASK);
    this.mt[this.N-1] = this.mt[this.M-1] ^ (y >>> 1) ^ mag01[y & 0x1];

    this.mti = 0;
  }

  y = this.mt[this.mti++];

  /* Tempering */
  y ^= (y >>> 11);
  y ^= (y << 7) & 0x9d2c5680;
  y ^= (y << 15) & 0xefc60000;
  y ^= (y >>> 18);

  return y >>> 0;
}

/* generates a random number on [0,0x7fffffff]-interval */
MersenneTwister.prototype.genrand_int31 = function() {
  return (this.genrand_int32()>>>1);
}

/* generates a random number on [0,1]-real-interval */
MersenneTwister.prototype.genrand_real1 = function() {
  return this.genrand_int32()*(1.0/4294967295.0); 
  /* divided by 2^32-1 */ 
}

/* generates a random number on [0,1)-real-interval */
MersenneTwister.prototype.random = function() {
  return this.genrand_int32()*(1.0/4294967296.0); 
  /* divided by 2^32 */
}

/* generates a random number on (0,1)-real-interval */
MersenneTwister.prototype.genrand_real3 = function() {
  return (this.genrand_int32() + 0.5)*(1.0/4294967296.0); 
  /* divided by 2^32 */
}

/* generates a random number on [0,1) with 53-bit resolution*/
MersenneTwister.prototype.genrand_res53 = function() { 
  var a=this.genrand_int32()>>>5, b=this.genrand_int32()>>>6; 
  return(a*67108864.0+b)*(1.0/9007199254740992.0); 
} 

/* These real versions are due to Isaku Wada, 2002/01/09 added */

Użyj wstępnie wygenerowanych tekstur lub umieść generator tekstur szumu perlin na serwerze i zapytaj go o obrazy szumu perlin.