Реалистичные смоделированные данные о высоте в шуме R/Perlin

Кто-нибудь знает, как создать набор данных моделирования растровых высот, то есть 2D-матрицу реалистичных значений высот, в R? jitter R не кажется подходящим. В Java/Processing функция noise() достигает этого с помощью алгоритма шума Перлина, например:

size(200, 200);
float ns = 0.03; // for scaling
for (float i=0; i<200; i++) {
  for (float j=0; j<200; j++) {
    stroke(noise(i*ns, j*ns) * 255);
    point(i, j);
  }
}

введите здесь описание изображения

Но я не нашел упоминаний о шуме Перлина в литературе по R. Заранее спасибо.


person geotheory    schedule 13.03.2013    source источник
comment
см. либо пакет RandomFields (методы моделирования широкого спектра гауссовских случайных полей), либо, возможно, фрактальную поверхность: oceanographerschoice.com/2010/10/ (для этого у меня есть старый код)   -  person Ben Bolker    schedule 13.03.2013
comment
Быстрый поиск выдает некоторый код C++, который не должен быть слишком сложно настроить. Вы можете использовать Rcpp, чтобы использовать его напрямую или перевести на R.   -  person Roland    schedule 13.03.2013
comment
Спасибо, Бен, Роланд. Блог Oceanograherschoice может оказаться полезной вещью, которую можно попробовать в какой-то момент, когда у меня будет время, например, изучение C++.   -  person geotheory    schedule 13.03.2013


Ответы (3)


Вот реализация на R, следующая объяснениям в http://webstaff.itn.liu.se/~stegu/TNM022-2005/perlinnoiselinks/perlin-noise-math-faq.html

perlin_noise <- function( 
  n = 5,   m = 7,    # Size of the grid for the vector field
  N = 100, M = 100   # Dimension of the image
) {
  # For each point on this n*m grid, choose a unit 1 vector
  vector_field <- apply(
    array( rnorm( 2 * n * m ), dim = c(2,n,m) ),
    2:3,
    function(u) u / sqrt(sum(u^2))
  )
  f <- function(x,y) {
    # Find the grid cell in which the point (x,y) is
    i <- floor(x)
    j <- floor(y)
    stopifnot( i >= 1 || j >= 1 || i < n || j < m )
    # The 4 vectors, from the vector field, at the vertices of the square
    v1 <- vector_field[,i,j]
    v2 <- vector_field[,i+1,j]
    v3 <- vector_field[,i,j+1]
    v4 <- vector_field[,i+1,j+1]
    # Vectors from the point to the vertices
    u1 <- c(x,y) - c(i,j)
    u2 <- c(x,y) - c(i+1,j)
    u3 <- c(x,y) - c(i,j+1)
    u4 <- c(x,y) - c(i+1,j+1)
    # Scalar products
    a1 <- sum( v1 * u1 )
    a2 <- sum( v2 * u2 )
    a3 <- sum( v3 * u3 )
    a4 <- sum( v4 * u4 )
    # Weighted average of the scalar products
    s <- function(p) 3 * p^2 - 2 * p^3
    p <- s( x - i )
    q <- s( y - j )
    b1 <- (1-p)*a1 + p*a2
    b2 <- (1-p)*a3 + p*a4
    (1-q) * b1 + q * b2
  }
  xs <- seq(from = 1, to = n, length = N+1)[-(N+1)]
  ys <- seq(from = 1, to = m, length = M+1)[-(M+1)]
  outer( xs, ys, Vectorize(f) )
}

image( perlin_noise() )

Шум Перлина

Вы можете получить более фрактальную структуру, добавив эти матрицы с разным размером сетки.

a <- .6
k <- 8
m <- perlin_noise(2,2,2^k,2^k)
for( i in 2:k )
  m <- m + a^i * perlin_noise(2^i,2^i,2^k,2^k)
image(m)
m[] <- rank(m) # Histogram equalization
image(m)

Шум Перлина, сумма с разным размером сетки

person Vincent Zoonekynd    schedule 13.03.2013
comment
Пятно на Винсенте :) Я потратил пару часов на изучение других реализаций - этот код намного элегантнее, чем мой! Знаете ли вы, кто заслуживает атрибуции в случае необходимости? - person geotheory; 13.03.2013
comment
Спасибо также за редактирование. Меня заинтриговали повторяющиеся вспышки, когда высокая и низкая крайние точки соседствуют друг с другом. Модель кажется идеальной, если не считать этих моментов. - person geotheory; 13.03.2013
comment
Этот артефакт возник из-за отсутствия sqrt при нормализации векторов; Я исправил это и соответственно обновил графики. - person Vincent Zoonekynd; 13.03.2013

Альтернативный метод:

require(geoR)
sim <- grf(441, grid="reg", cov.pars=c(1, .25))
image(sim, col=gray(seq(1, .1, l=30)))

введите здесь описание изображения

Может извлекать данные объекта с помощью cbind(sim[[1]], z = sim[[2]])

person geotheory    schedule 09.02.2017
comment
красиво и просто. Благодарю вас! - person roberto; 10.02.2019

Также теперь некоторые функции в пакете {ambient}.

person geotheory    schedule 16.10.2020