Просте створення шуму

Я хочу створити шум, який виглядає приблизно так:

(зображення люб’язно зрозуміли Perlin Noise )

Я в основному шукаю шуму з великою кількістю маленьких «брижі». Наступне небажане:

Чи є прості способи зробити це? Я вже тиждень дивлюся на перлін і симплекс, і, здається, ніколи не змушую його працювати в JavaScript, або коли я це роблю, у мене немає правильних параметрів для генерування таких зображень, або це сумно повільний.

Я розумію, що 3 зображення, які я розмістив, можливо, можна досягти тим самим алгоритмом, але в іншому масштабі, але мені цей алгоритм не потрібен. Мені просто потрібен дуже простий алгоритм, щоб досягти чогось подібного на першому зображенні в ідеалі. Можливо, якесь розмивання вчинило б цю роботу, але я не можу досягти результатів.

Я розробляю це в JavaScript, але будь-який код або навіть просте і детальне пояснення спрацює.

Хоча існуючі відповіді дають хороший спосіб досягти того, що показують зображення у запитанні, коментарі виявили, що мета полягає у створенні зображення, як показано нижче:

Цей тип шуму сильно відрізняється від шуму, зображеного на зображеннях запитання, оскільки він утворює тісні поодинокі краплі.

Виявляється, цей тип шуму називається турбулентністю, яка (відповідно до цієї статті Gems CPU ) реалізована наступним чином (де noiseваша функція Perlin-шум повертає значення від -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;
}

Збільшивши цю реалізацію шуму Perlin -шуму за допомогою функції турбулентності, описаної вище, створює шум, який досить схожий на зображення вище.

Код JavaScript, який був використаний для генерування зображення вище, можна знайти в цій jsFiddle .

Ваші приклади зображень дуже схожі на рожевий шум. Він генерується так:

• По-перше, у нас є якийсь плавний випадковий шум. Зазвичай це досягається шляхом обчислення псевдовипадкових значень у точках з цілими координатами та інтерполяції цих значень якось. Результат на цьому етапі виглядає приблизно так:

  

• Далі ми приймаємо цей шум і «стискаємо» його, збільшуючи його частоту. Найпростіша формула для цього - n2 (x, y) = n1 (x f, y f). Таким чином, звуковий малюнок стискається f разів в обох напрямках. На цьому кроці кращі алгоритми шуму також обертають та / або переводять схему шуму, щоб порушити закономірності.

• Потім цей вичавлений візерунок множиться на деяке значення (менше 1) і додається до першого шаблону. Насправді ми додаємо невеликі варіації високої частоти поверх низькочастотного малюнка. Результат виглядає приблизно так:

  

• Етапи 2 і 3 можуть бути повторені кілька разів, додаючи більш дрібну і тонку деталізацію. чистий результат зазвичай виглядає як ваш приклад з червоним хрестом. Однак зауважте, що у нашому алгоритмі є 3 параметри, з якими можна грати:

  • Кількість октав - або, іншими словами, кількість кроків у поколінні. Більше кроків означає більш точну деталізацію в отриманому малюнку.
  • Наполегливість. Це значення, що множиться на кожному кроці. Зазвичай стійкість становить від 0 до 1. Високі значення стійкості зазвичай дають «шумні» візерунки з безліччю дрібних деталей. Низька стійкість створює плавні візерунки з тонкими деталями.
  • Лакунарність. Це коефіцієнт "стискання", який ми використовуємо на кожному кроці. Лакунарність працює дещо як наполегливість, але не зовсім так. Низька лакунарність створює плавніші візерунки, а висока лакунарність створює більш різкі та висококонтрастні.

Ось кілька прикладів:

Висока стійкість:

Висока лакунарність:

Низька лакунарність:

Гра з цими параметрами - не єдине, що можна зробити. Один приємний прийом, який може додати характеру до моделей шуму, - це використовувати збурення , тобто додати трохи шуму для введення координат вашої шумової функції.

Наприклад, припустимо , що у вас є деяка функція , яка генерує шум задані координати і випадкове зерно: Noise(x,y, seed). Тоді ви можете використовувати щось на кшталт Noise(x+Noise(x,y,234), y+Noise(x,y,6544), seed)отримання збуреного значення. Це може призвести до подібних шаблонів (тут обурення застосовується до кругового малюнка, а не до шуму):

Якщо ви хочете дізнатися більше, пропоную поглянути на libnoise (C ++) або CoherentNoise (C #). На жаль, я не знаю жодної бібліотеки створення шуму Javascript.

Коментується кодекс. Кредит йде на Шона Маккаллоу. 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);
};

Крім того, якщо ви використовуєте PRNG з цим, ви можете легко отримати повторно встановлені результати

/*
  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 */

Використовуйте заздалегідь створені текстури або покладіть на сервер генератор текстур перлін-шуму та запитайте його на зображення шумів перлін.