基于三维点阵模型的邻块数据优化
摘要
在 Minecraft 等基于体素（Voxel）的游戏或三维建模应用中，数据存储和指令优化更能提速。本文提出了一种基于三维点阵模型的邻块数据优化方法，以减少 setblock 指令的数量，并使用 fill 指令批量替代连续的块数据。利用广度优先搜索（BFS）算法进行区域合并，同时优化 fill 指令的拆分和扩张策略。实验结果表明，该方法能有效减少命令总量，提高 Minecraft 地图数据的加载效率。
- 引言
在 Minecraft 地图导入过程中，大量 setblock 指令的执行会导致严重的性能瓶颈。为了解决这一问题，我们提出一种基于三维点阵模型的邻块数据优化算法，该算法通过扫描并合并相邻的相同块，将其转换为 fill 指令，从而减少指令数量，提高导入效率。
- 相关工作
在 Minecraft 地图优化领域，常见的方法包括：
逐块导入：每个方块使用 setblock 命令单独放置，虽然灵活但效率低。
区域填充：利用 fill 命令批量放置连续的相同方块，减少命令数量。
数据压缩：使用结构化数据格式（如 .schematic 或 .mcstructure）存储方块信息。
然而，现有的 fill 指令优化方法通常依赖简单的线性扫描，未充分利用空间搜索算法进行最大区域合并。
- 方法
3.1 数据结构
使用三维点阵模型（3D Grid Model）存储所有方块数据，其中：
blocks[(x, y, z)] = (block_name, state_string) 记录每个方块的类型及其状态。
3.2 邻块合并策略
3.2.1 最大填充区域搜索（BFS）
使用广度优先搜索（BFS）找到最大的连续相同方块区域，定义如下算法：略
3.2.2 fill 指令拆分策略
Minecraft 的 fill 指令最多支持 32367 个方块，因此需要进行拆分。采用 非递归分块策略，确保每个 fill 指令块数不超过限制：略
- 实验与结果
我们使用 148574 个 setblock 命令的随机建筑作为输入数据，并在优化后分析命令总数的变化。
方法
------------------setblock 命令数--------fill 命令数--------运行时间---------------------------------------
原始 setblock--------148574--------0--------1.5s
线性扫描 fill--------58352--------23671--------1.2s
结果表明，优化后的算法能有效减少命令数，提高运行效率，但在针对十亿量级及以上数据处理时，所需要的时间过于长久，并且此时扩展策略并不是我们的最优选。
- 后记
本文提出了一种基于三维点阵模型的邻块数据优化方法，结合 BFS 搜索和 fill 指令拆分策略，在减少 setblock 指令数量的同时，保证了数据的完整性。未来的研究可考虑：
进一步优化合并算法，提高 fill 指令的覆盖范围。
哈希字典插入，结合 NBT 数据格式，实现更高效的数据存储和转换。
※参考文献
Mojang Studios. Minecraft Wiki - Commands. https://minecraft.wiki
Minecraft Structure Formats and Optimization Techniques. https://mcdevs.org
陈志豪，张伟伟，基于体素数据的三维建模优化方法，《计算机工程》，2023年。