还在用随机游走？带你用 WFC 算法“手搓”一个无限肉鸽地

前言：告别“全随机”的垃圾关卡

做 Roguelike 游戏的兄弟们都知道，地图生成是核心体验的基石。最早我们用 随机游走（Random Walk），生成的地图像蚯蚓，太线性，没探索欲。后来我们用 柏林噪声（Perlin Noise），生成的地图太自然，缺乏人工设计的建筑结构感。直到 WFC（波函数坍缩） 横空出世。它就像一个“高智商的数独玩家”，能在保证局部规则（比如：墙壁必须连接墙壁，水流不能直接接岩浆）的前提下，生成全局合理且千变万化的地图。这也是《Townscaper》、《Bad North》等神作背后的核心技术。但 WFC 难就难在代码实现：熵值计算、约束传播、回溯机制，任何一个环节写错，地图就会“坍缩失败”，留给你一堆报错。今天，我们不谈枯燥的量子力学理论，直接打开 Unity 和 通义灵码，手把手写一套工业级的 2D WFC 地牢生成器。

模块一：核心逻辑拆解 —— WFC 到底在算什么？

在使用 AI 辅助写代码之前，我们必须先理解算法的物理意义。你可以把 WFC 想象成在填一个超级复杂的数独。

WFC 的三个核心概念：

1. 叠加态：
   • 地图上每一个格子（Slot），在没生成之前，它既是墙，又是路，又是门。
   • 初始状态下，每个格子的可能性（熵）*是最大的。
2. 观察：
   • 找到当前地图上熵值最低（可能性最少，比如只剩“墙”和“路”两种可能）的那个格子。
   • 强行让它坍缩成某一个确定的 Tile（比如，我拍板决定这个格子就是“墙”）。
3. 传播：
   • 这是最难的一步。一旦某个格子变成了“墙”，它周围的邻居就不能是“岩浆”了（假设规则如此）。
   • 这种“约束”会像水波纹一样向四周扩散，削减周围格子的可能性，直到整个地图稳定。

• 图注：左图为初始叠加态（所有格子都是混沌的）；中图为一次观察后，选定中心为草地；右图为传播后，周围格子自动排除了“深海”的可能性。
• 目的：用可视化图表建立算法直觉。

模块二：设计“乐高积木”的接口

WFC 的强大取决于“邻接规则” (Socket System)。我们需要告诉程序，每块瓦片（Tile）的上下左右能连接什么。这就像乐高积木的凸起和凹槽。

1. 瓦片数据结构

我们不需要自己手写繁琐的 ScriptableObject，让通义灵码帮我们生成这个模板。

Prompt 指令（发送给通义灵码）：

"在 Unity 中，我需要一个 WFCTile 的 ScriptableObject 类。 属性包含：

1. GameObject prefab: 对应的预制体。
2. float weight: 出现的权重（概率）。
3. string[] sockets: 定义 上、下、左、右 四个方向的接口类型（例如 'Road', 'Wall', 'Grass'）。
4. Rotation rotation: 是否允许旋转（0, 90, 180, 270）。 请生成 C# 代码，并添加详细注释。"

2. 规则配置

在 Unity 编辑器中，我们创建几种 Tile：

• 地面 (Floor): Sockets = [A, A, A, A] (全向连接 A)
• 直墙 (Wall_Straight): Sockets = [B, B, A, A] (上下接墙B，左右接地面A)
• 转角 (Wall_Corner): Sockets = [B, A, A, B] (上接墙B，右接墙B)

重点：接口标签（A、B）必须严格匹配。A 只能连 A，B 只能连 B。

• 图注：Unity Inspector 面板。展示了 WFCTile 的配置细节，Sockets 数组清晰地定义了四个方向的连接规则。
• 目的：展示数据驱动的设计思路。

模块三：熵值最小堆与传播逻辑

这是整个系统的引擎。我们将利用通义灵码来编写最容易出错的 传播 (Propagation) 逻辑。

1. 单元格类 (Cell Class)

每个格子需要记录当前还剩下哪些可能的 Tile。

public class Cell {
    public int x, y;
    public bool isCollapsed = false;
    public List<WFCTile> possibleOptions; // 当前还能放哪些 Tile
// 熵值：可能性越多，熵越大
public int Entropy =&gt; possibleOptions.Count; 

}

2. 编写传播函数 (AI 辅助)

这是一个递归或堆栈处理过程，手写极易出现死循环或索引越界。

Prompt 指令（发送给通义灵码）：

"编写 WFC 算法中的 Propagate 函数。 输入参数：Vector2Int startPos (刚坍缩的格子坐标)。 逻辑：

1. 使用 Stack<Vector2Int> 存储待检查的格子。
2. 遍历当前格子的四个邻居。
3. 检查邻居的 possibleOptions 是否与当前格子的 Socket 兼容。
4. 如果邻居的可能性被削减了（Constrain），将邻居加入 Stack 继续传播。
5. 如果邻居的可能性降为 0，抛出异常（生成失败）。"

AI 生成代码片段（经过人工 Code Review 修正）：

void Propagate(Vector2Int startPos) {
    Stack<Vector2Int> stack = new Stack<Vector2Int>();
    stack.Push(startPos);
while (stack.Count &gt; 0) {
    Vector2Int current = stack.Pop();
    Cell currentCell = grid[current.x, current.y];

    // 遍历四个方向：上、下、左、右
    foreach (var dir in directions) {
        Vector2Int neighborPos = current + dir;
        if (!IsValid(neighborPos)) continue;

        Cell neighborCell = grid[neighborPos.x, neighborPos.y];
        
        // 核心逻辑：检查兼容性，移除不可能的选项
        bool changed = Constrain(currentCell, neighborCell, dir);
        
        if (changed) {
            stack.Push(neighborPos); // 产生涟漪效应，继续传播
            if (neighborCell.Entropy == 0) {
                throw new ContradictionException(&quot;生成死锁！&quot;);
            }
        }
    }
}

}

• 图注：展示了当中心格子确定为“墙壁”后，红色的“不可用标记”迅速向四周扩散，周围的格子自动剔除了“水流”的可能性。
• 目的：直观展示算法的运行过程。

模块四： 遇到“死胡同”怎么回溯？

WFC 最让人头疼的问题是 矛盾。有时候生成到一半，发现某个格子无论放什么 Tile 都对不上邻居的接口（比如被四面墙围住，但中间必须是路）。如果不处理，程序就会卡死或报错。传统的做法是：全部重来。这在 100x100 的大地图上是不可接受的，效率太低高级的做法是：回溯 (Backtracking)。

1. 建立快照机制

我们需要在每次“观察（坍缩）”之前，保存当前地图的状态。

Prompt 指令：

"优化上面的 WFC 代码，加入回溯机制。

1. 定义一个 HistoryState 类，深拷贝保存 grid 中每个 Cell 的 possibleOptions。
2. 使用 Stack<HistoryState> 保存历史。
3. 当 Propagate 抛出 ContradictionException 时，执行 Backtrack()：从 Stack 中弹出一个状态，恢复 Grid，并把导致死锁的那个选项从可能性中移除，重试。"

2. 优化后的实操逻辑

通义灵码会帮你生成深拷贝（Deep Copy）的代码，这在 C# 中写起来很繁琐。

void RunWFC() {
    try {
        // ... 选择最小熵格子 ...
        SaveState(); // 存档
        CollapseCell(target); // 坍缩
        Propagate(target); // 传播
    }
    catch (ContradictionException) {
        Debug.LogWarning("死锁检测！开始回溯...");
        RestoreState(); // 读档
        // 关键：把刚才导致死锁的那个随机选项移除，换一个选
        RemoveFailedOption(); 
        RunWFC(); // 递归重试
    }
}

通过这种“时光倒流”的机制，只要规则本身没有逻辑硬伤，WFC 总能找到一个解，或者至少不会让游戏崩溃。

• 图注：Unity Console 截图。黄色警告显示“检测到死锁，回退至 Step 45”，随后绿色日志显示“地图生成成功”。
• 目的：证明回溯机制的有效性。

模块五：性能与视觉优化

代码跑通了，但要变成商业级产品，还得做两件事。

1. 分块生成 (Chunking)

不要一次性生成 1000x1000 的地图。 将地图分为 16x16 的 Chunk。当玩家接近边缘时，触发新 Chunk 的 WFC 生成。

• 技巧：新 Chunk 的边缘必须继承旧 Chunk 边缘的 Socket 约束，这样地图才是无缝连接的。

2. 协程可视化 (Coroutine)

为了不卡死主线程（避免掉帧），将 while 循环放入 IEnumerator 中。 yield return new WaitForSeconds(0.01f); 这不仅能平滑帧率，还能让玩家看到地牢“逐格生长”的酷炫动画，甚至可以作为 Loading 界面的视觉效果。

结语

WFC 算法是程序化生成领域的一座高山，但有了 AI 辅助编程工具，爬山的难度降低了 80%。 通义灵码 帮我们搞定了繁琐的 Stack 操作、深拷贝和邻居遍历。

参考资料与开源库：

• mxgmn/WaveFunctionCollapse (GitHub) - WFC 算法的鼻祖仓库，包含 C++ 和 C# 参考。
• BorisTheBrave's WFC Guide - 全网讲得最透彻的算法图解博客。
• Self-Similar: Infinite WFC - 针对无限地图生成的变体研究。

Tags： #游戏开发 #WFC #Roguelike #地图生成 #Unity #通义灵码 #算法实战#