CN100520829C - 水刻蚀的实现方法及渲染装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及图形渲染技术，公开水刻蚀的实现方法，该方法包括：基于预置的视点以及预置的水面之上的光源，对水下场景进行渲染，获得水下场景的原始图像；计算所述原始图像中，水底面各像素点相对于所述光源的深度值，获得水底面的深度纹理；根据所述深度纹理，分别获得所述光源相对于水面网格上的多个顶点在水下场景中所形成的光点，模拟生成所述光源在水下场景中所形成的水刻蚀纹理；将所生成的水刻蚀纹理与所述原始图像进行合成，生成具有水刻蚀效果的水下场景图像。本发明还公开相应的渲染装置。本发明实施例的方案在实现水刻蚀效果时具有较好的灵活性，并且能够实现模拟生成点光源所形成的水刻蚀。

Description

水刻蚀的实现方法及渲染装置

技术领域

本发明涉及图形渲染技术，尤其涉及水刻蚀的实现方法及渲染装置。

背景技术

光线从弯曲的水波面折射进入水中时，会聚焦在水下物体受光面上的某些区域，形成水刻蚀，如何实时性较好的模拟出水刻蚀的效果，成为图形渲染技术领域中有待于解决的问题之一。

现有技术中采用了一种逆向光线传递方法来模拟水刻蚀的效果，该方案的一个前提是，假定只有垂直射向水底的太阳光才能在水底形成水刻蚀；该方案包括以下流程：

S1、渲染水下场景，以及创建与水面网格垂直对应的水下网格；

S2、获得水下网格每个顶点的亮度值，从而获得水刻蚀纹理；

S3、将所获得的水刻蚀纹理与已渲染的水下场景进行合成，形成水刻蚀的效果；

其中，所述的获得水下网格每个顶点的亮度值可以通过对每个顶点分别执行如下处理来实现：

S21、从水下网格的顶点，模拟生成垂直向上的折射光线，该折射光线与水波面正好相交于该顶点对应的水面网格顶点；

S22、根据折射光线以及该水面网格顶点在水波面的法线，获得对应的入射光线的入射角度；

S23、根据预置的入射角度与亮度值的对应关系，得到与该入射角度对应的亮度值，该亮度值即为所模拟的该水下网格顶点的亮度值；

一般来说，入射光线的入射角度越大，表示光线强度越大，在水中形成的水刻蚀就越明亮，因此，在预置的入射角度与亮度值的对应关系中，入射角度越大，对应的亮度值越大，入射角度越小，对应的亮度值也越小。

在对现有技术的研究和实践过程中，发明人发现：采用上述方案模拟水刻蚀的效果时，由于实现该方案的前提是假定只有垂直射向水底的太阳光才能在水底形成水刻蚀，因此所创建的水下网格的顶点数必须与水面网格的顶点数相同，才能保证从水下网格顶点能够垂直逆向追踪到水面网格顶点；根据该方案，当遇到水面比较复杂，而水下场景比较平整的情况时，如果为了保证水面的表现力而设置较多的水面网格顶点，由于水下网格的顶点相应也较多，因此对水下场景进行渲染时会包括很多冗余顶点的处理，而如果设置较少的水下网格顶点，则会降低水面的表现力；同样，当遇到水面比较简单，而水下场景比较复杂的情况时，如果设置较少的水面网格顶点，会降低水下场景的表现力，而如果设置较多的水下网格顶点，对水面场景进行渲染时会也包括很多冗余顶点的处理，因此，该方案的灵活性较差；另一方面，由于水下垂直向上的折射光线逆向传递到水面之上时，所获得的入射光线的方向是四散的，因此，该方案无法模拟点光源所形成的水刻蚀。

发明内容

本发明的实施例要解决的技术问题是提供水刻蚀的实现方法及渲染装置。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供以下技术方案：

一种水刻蚀的实现方法，包括：

基于预置的视点以及预置的水面之上的光源，对水下场景进行渲染，获得水下场景的原始图像；

计算所述原始图像中水底面各像素点相对于所述光源的深度值，获得水底面的深度纹理；

根据所述深度纹理，分别获得所述光源相对于水面网格上的多个顶点在水下场景中所形成的光点，模拟生成所述光源在水下场景中所形成的水刻蚀纹理；

将所生成的水刻蚀纹理与所述原始图像进行合成，生成具有水刻蚀效果的水下场景图像。

其中，所述根据所述深度纹理，获得所述光源相对于水面网格上的顶点在水下场景中所形成的光点具体包括：

A、获得所述光源对于水面网格顶点的入射光线；

B、根据所述顶点在水波面的法线以及所述入射光线，获得对应的折射光线，并获得该折射光线与视点范围内一个预置平面的交点，以该交点作为点A1；

C、获得点A1的屏幕坐标，以及点A1相对于所述光源的深度值；

D、以所述点A1的屏幕坐标对所述水底面的深度纹理进行采样，获得点A1在水底面上的投影相对于所述光源的深度值；

E、将所述点A1相对于所述光源的深度值和所述点A1在水底面上的投影相对于所述光源的深度值进行比较，若两者的差值不超过预定阈值，则确定点A1为所述光源相对于所述水面网格上的顶点在水下场景中所形成的光点，设置点A1的亮度为预定的亮度值；若两者的差值超过预定阈值，则沿折射光线的方向将点A1改变一个预定的增量，得到折射光线上的点A2，以点A2作为点A1，重复C至E的处理，直到获得所述光源相对于所述水面网格的顶点在水下场景中形成的光点。

优选的，所述获得该折射光线与视点范围内一预置平面的交点中所述的预置平面具体是：所述视点的覆盖范围内物体模型中位置最高的顶点所在的与水平面平行的平面。

优选的，所述将所生成的水刻蚀纹理与所述的原始图像进行合成，生成具有水刻蚀效果的水下场景图像具体包括：

在所述原始图像中，将与水刻蚀纹理中光点对应的像素的颜色值替换为为光点设置的颜色值；或者，

在所述原始图像中，将与水刻蚀纹理中光点对应的像素的颜色值替换为新的颜色值，该新的颜色值由原始图像中相应像素的颜色值与为光点设置的颜色值进行混合计算所获得。

一种渲染装置，包括：

原始图像生成单元，用于基于预置的视点以及预置的水面之上的光源，对水下场景进行渲染，获得水下场景的原始图像；

深度纹理获取单元，用于计算所述原始图像中水底面各像素点相对于所述光源的深度值，获得水底面的深度纹理；

光点获取单元，用于根据深度纹理获取单元所获得的深度纹理，分别获得所述光源相对于水面网格上的多个顶点在水下场景中所形成的光点，模拟生成所述光源在水下场景中所形成的水刻蚀纹理；

合成单元，用于将原始图像生成单元所生成的原始图像与光点获取单元生成的水刻蚀纹理进行合成，生成具有水刻蚀效果的水下场景图像。

其中，所述光点获取单元具体包括：

光线处理单元，用于获得所述光源对于水面网格的顶点的入射光线；根据该顶点在水波面的法线以及所获得的入射光线，获得对应的折射光线，并获得所述折射光线与视点范围内一个预置平面的交点；

深度比较单元，用于通过深度比较处理获得所述光源相对于所述水面网格的顶点在水下场景中所形成的光点；所述深度比较处理具体包括：获得点A1的屏幕坐标，以及点A1相对于所述光源的深度值；以点A1的屏幕坐标对深度纹理获取单元获得的水底面的深度纹理进行采样，获得点A1在水底面上的投影相对于所述光源的深度值；将所述点A1相对于所述光源的深度值和点A1在水底面上的投影相对于所述光源的深度值进行比较，若两者的差值不超过预定阈值，则确定点A1为所述光源相对于所述水面网格的顶点在水下场景中形成的光点，设置点A1的亮度为预定的亮度值；若两者的差值超过预定阈值，则沿光线处理单元所获得的折射光线的方向将点A1改变一个预定的增量，得到折射光线上的点A2，以点A2作为点A1；重复深度比较处理，直到获得所述光源相对于所述水面网格的顶点在水下场景中形成的光点；其中，深度比较处理中初始的点A1是光线处理单元获得的交点。

优选的，所述合成单元具体包括：

替换单元，用于在所述原始图像中，将与水刻蚀纹理中光点对应的像素的颜色值替换为为光点设置的颜色值；

图像输出单元，用于输出将所述原始图像经替换单元进行替换处理后获得的具有水刻蚀效果的图像。

优选的，所述合成单元具体包括：

替换单元，用于在所述原始图像中，将与水刻蚀纹理中光点对应的像素的颜色值替换为新的颜色值，该新的颜色值由原始图像中相应像素的颜色值与为光点设置的颜色值进行混合计算所获得；

图像输出单元，用于输出将所述原始图像经替换单元进行替换处理后所获得的具有水刻蚀效果的图像。

从以上技术方案可以看出，本发明的实施例在模拟生成水刻蚀纹理时，只需针对水面网格上的顶点进行处理即可，而不需创建与水面网格完全对应的水下网格，也就不存在现有技术中水底网格的顶点数必须与水面网格的顶点数相同的限制，因此现有技术相比，本发明实施例具有更好的灵活性；另一方面，本发明实施例的方案能够实现模拟生成点光源所形成的水刻蚀。

附图说明

图1是本发明水刻蚀实现方法实施例的流程图；

图2是本发明水刻蚀实现方法实施例中光点获取方法的流程图；

图3是本发明水刻蚀实现方法实施例中的正向光线跟踪的示意图；

图4是本发明渲染装置实施例一的结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提供的水刻蚀的实现方法及渲染装置的推荐实施例进行详细描述。

请参考图1水刻蚀的实现方法实施例的流程图，该方法包括：

B1、基于预置的视点以及预置的水面之上的光源，对水下场景进行渲染，获得水下场景的原始图像；

B2、计算所获得的原始图像中，水底面各像素点相对于所述光源的深度值，获得水底面的深度纹理；

其中，所述像素点相对于光源的深度值是指所述像素点相对于光源的距离值；

B3、根据所述深度纹理，分别获得所述光源相对于水面网格上的多个顶点在水下场景中所形成的光点，模拟生成所述光源在水下场景中所形成的水刻蚀纹理；

其中，所述的水刻蚀纹理是光源相对于水面网格上的各顶点，在水下场景中所形成的光点的集合；

B4、将所生成的水刻蚀纹理与所述的原始图像进行合成，生成具有水刻蚀效果的水下场景图像；

其中，所述将水刻蚀纹理与原始图像进行合成可以是：在所述原始图像中，将与水刻蚀纹理中光点对应的像素的颜色值替换为光点设置的颜色值；

将水刻蚀纹理与原始图像进行合成还可以是：在所述原始图像中，将与水刻蚀纹理中光点对应的像素的颜色值替换为新的颜色值，该新的颜色值由原始图像中相应像素的颜色值与为光点设置的颜色值进行混合计算所获得；

其中，所述的混合计算可以是指将原始图像中相应像素的颜色值与为光点设置的颜色值相加或者相乘；

在上述方法中，B3所述的根据所述深度纹理，获得所述光源相对于水面网格上的顶点在水下场景中所形成的光点，模拟生成所述光源在水下场景中所形成的水刻蚀纹理具体可以通过以下方法实现，可参考图2光点获取方法的流程图，以及图3的正向光线跟踪示意图：

B31、获得所述光源相对于水面网格的顶点A的入射光线；

B32、根据顶点A在水波面的法线以及所获得的入射光线，获得对应的折射光线，并获得该折射光线与视点范围内一个预置平面的交点，以该交点为A1；

优选的，所述的预置平面可以是所述视点的覆盖范围内物体模型中位置最高的顶点所在的与水平面平行的平面，或者是所述视点的覆盖范围内水底面模型中位置最低的顶点所在的与水平面平行的平面；

B33、获得点A1的屏幕坐标，以及点A1相对于所述光源的深度值A1_depth；

B34、以点A1的屏幕坐标对已获得的水底面的深度纹理进行采样，获得A1在水底面上的投影相对于所述光源的深度值T_depth_A1；

所述以点A1的屏幕坐标对已获得的水底面的深度纹理进行采样，获得A1在水底面上的投影相对于所述光源的深度值T_depth_A1具体包括：将点A1投影到水底面，得到A1在水底面上的投影；在已获得的水底面的深度纹理中查找与A1的投影坐标相同的像素点，获取该像素点的深度值T_depth_A1；

B35、将A1_depth和T_depth_A1进行比较，若两者的差值不超过预定阈值，确定A1为所述光源相对于所述水面网格的顶点A在水下场景中所形成的光点，设置A1的亮度为预定的亮度值；若两者的差值超过预定阈值，则沿折射光线的方向将点A1改变一个预定的增量，得到折射光线上的点A2，以点A2作为A1，重复B33至B35的处理，直到获得所述光源相对于所述水面网格的顶点A在水下场景中形成的光点；

其中，所述沿折射光线的方向将点A1改变一个预定的增量主要取决于预置平面的位置，当预置平面是所述视点的覆盖范围内物体模型中位置最高的顶点所在的与水平面平行的平面时，所述沿折射光线的方向将点A1改变一个预定的增量主要是沿折射光线，在朝向水底面的方向将A1增加一个预定的增量；当所述的预置平面是所述视点的覆盖范围内水底面模型中位置最低的顶点所在的与水平面平行的平面时，沿折射光线的方向将点A1改变一个预定的增量时主要是沿折射光线，在朝向水面的方向将A1增加一个预定的增量；

其中，所述的预定阈值，以及预定的增量的取值主要根据场景大小的数量级所决定。

本发明还提供一种渲染装置实施例一，请参考图4，所述的渲染装置包括原始图像生成单元10、深度纹理获取单元20、光点获取单元30和合成单元40：

原始图像生成单元10，用于基于预置的视点以及预置的水面之上的光源，对水下场景进行渲染，获得水下场景的原始图像；

深度纹理获取单元20，用于计算所述原始图像中，水底面各像素点相对于所述光源的深度值，获得水底面的深度纹理；

光点获取单元30，用于根据深度纹理获取单元20所获得的深度纹理，分别获得所述光源相对于水面网格上的多个顶点在水下场景中所形成的光点，模拟生成所述光源在水下场景中所形成的水刻蚀纹理；

合成单元40，用于将原始图像生成单元10所生成的原始图像与光点获取单元30生成的水刻蚀纹理进行合成，生成具有水刻蚀效果的水下场景图像；

其中，所述光点获取单元30具体包括光线处理单元31和深度比较单元32：

光线处理单元31，用于获得所述光源对于水面网格的顶点的入射光线；根据该顶点在水波面的法线以及所获得的入射光线，获得对应的折射光线，并获得所述折射光线与视点范围内一个预置平面的交点；

比较单元32，用于通过深度比较处理获得所述光源相对于所述水面网格的顶点在水下场景中所形成的光点；所述深度比较处理具体包括：获得点A1的屏幕坐标，以及点A1相对于第二光源的深度值；以点A1的屏幕坐标对深度纹理获取单元20获得的深度纹理进行采样，获得A1在水底面上的投影相对于所述光源的深度值；将所述A1相对于所述光源的深度值和A1在水底面上的投影相对于所述光源的深度值进行比较，若两者的差值不超过预定阈值，确定A1为所述光源相对于所述水面网格的顶点在水下场景中形成的光点，设置A1的亮度为预定的亮度值；若两者的差值超过预定阈值，则沿光线处理单元31所获得的折射光线的方向将点A1改变一个预定的增量，得到折射光线上的点A2，以点A2作为A1；重复深度比较处理，直到获得所述光源相对于所述水面网格的顶点在水下场景中形成的光点；其中，深度比较处理中初始的点A1是光线处理单元31获得的交点；

所述合成单元40具体包括替换单元41和图像输出单元42：

替换单元41，用于在所述原始图像中，将与水刻蚀纹理中光点对应的像素的颜色值替换为为光点设置的颜色值；

图像输出单元42，用于输出将所述原始图像经替换单元41的替换处理后获得的具有水刻蚀效果的图像。

本发明还提供渲染装置的实施例二，该实施例与实施例一类似，主要区别在于，替换单元是用于在所述原始图像中，将与水刻蚀纹理中光点对应的像素的颜色值替换为新的颜色值，该新的颜色值由原始图像中相应像素的颜色值与为光点设置的颜色值进行混合计算所获得。

本发明的实施例在模拟生成水刻蚀纹理时，只需针对水面网格上的顶点进行处理即可，而不需创建与水面网格完全对应的水下网格，也就不存在现有技术中水底网格的顶点数必须与水面网格的顶点数相同的限制，因此在实现时，具有更好的灵活性；另一方面，本发明实施例的方案能够实现模拟生成点光源所形成的水刻蚀。

以上对本发明实施例所提供的水刻蚀的实现方法及渲染装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1、一种水刻蚀的实现方法，其特征在于，包括：

基于预置的视点以及预置的水面之上的光源，对水下场景进行渲染，获得水下场景的原始图像；

计算所述原始图像中水底面各像素点相对于所述光源的深度值，获得水底面的深度纹理；

根据所述深度纹理，分别获得所述光源相对于水面网格上的多个顶点在水下场景中所形成的光点，模拟生成所述光源在水下场景中所形成的水刻蚀纹理；

将所生成的水刻蚀纹理与所述原始图像进行合成，生成具有水刻蚀效果的水下场景图像。

2、如权利要求1所述的水刻蚀的实现方法，其特征在于，所述根据所述深度纹理，获得所述光源相对于水面网格上的顶点在水下场景中所形成的光点具体包括：

A、获得所述光源对于水面网格顶点的入射光线；

B、根据所述顶点在水波面的法线以及所述入射光线，获得对应的折射光线，并获得该折射光线与视点范围内一个预置平面的交点，以该交点作为点A1；

C、获得点A1的屏幕坐标，以及点A1相对于所述光源的深度值；

D、以所述点A1的屏幕坐标对所述水底面的深度纹理进行采样，获得点A1在水底面上的投影相对于所述光源的深度值；

E、将所述点A1相对于所述光源的深度值和所述点A1在水底面上的投影相对于所述光源的深度值进行比较，若两者的差值不超过预定阈值，则确定点A1为所述光源相对于所述水面网格上的顶点在水下场景中所形成的光点，设置点A1的亮度为预定的亮度值；若两者的差值超过预定阈值，则沿折射光线的方向将点A1改变一个预定的增量，得到折射光线上的点A2，以点A2作为点A1，重复C至E的处理，直到获得所述光源相对于所述水面网格的顶点在水下场景中形成的光点。

3、如权利要求2所述的水刻蚀的实现方法，其特征在于，所述获得该折射光线与视点范围内一预置平面的交点中所述的预置平面具体是：所述视点的覆盖范围内物体模型中位置最高的顶点所在的与水平面平行的平面。

4、如权利要求1至3任一项所述的水刻蚀的实现方法，其特征在于，所述将所生成的水刻蚀纹理与所述的原始图像进行合成，生成具有水刻蚀效果的水下场景图像具体包括：

在所述原始图像中，将与水刻蚀纹理中光点对应的像素的颜色值替换为为光点设置的颜色值。

5、如权利要求1至3任一项所述的水刻蚀的实现方法，其特征在于，所述将所生成的水刻蚀纹理与所述的原始图像进行合成，生成具有水刻蚀效果的水下场景图像具体包括：

在所述原始图像中，将与水刻蚀纹理中光点对应的像素的颜色值替换为新的颜色值，该新的颜色值由原始图像中相应像素的颜色值与为光点设置的颜色值进行混合计算所获得。

6、一种渲染装置，其特征在于，包括：

原始图像生成单元，用于基于预置的视点以及预置的水面之上的光源，对水下场景进行渲染，获得水下场景的原始图像；

深度纹理获取单元，用于计算所述原始图像中水底面各像素点相对于所述光源的深度值，获得水底面的深度纹理；

光点获取单元，用于根据深度纹理获取单元所获得的深度纹理，分别获得所述光源相对于水面网格上的多个顶点在水下场景中所形成的光点，模拟生成所述光源在水下场景中所形成的水刻蚀纹理；

合成单元，用于将原始图像生成单元所生成的原始图像与光点获取单元生成的水刻蚀纹理进行合成，生成具有水刻蚀效果的水下场景图像。

7、如权利要求6所述的渲染装置，其特征在于，所述光点获取单元具体包括：

光线处理单元，用于获得所述光源对于水面网格的顶点的入射光线；根据该顶点在水波面的法线以及所获得的入射光线，获得对应的折射光线，并获得所述折射光线与视点范围内一个预置平面的交点；

深度比较单元，用于通过深度比较处理获得所述光源相对于所述水面网格的顶点在水下场景中所形成的光点；所述深度比较处理具体包括：获得点A1的屏幕坐标，以及点A1相对于所述光源的深度值；以点A1的屏幕坐标对深度纹理获取单元获得的水底面的深度纹理进行采样，获得点A1在水底面上的投影相对于所述光源的深度值；将所述点A1相对于所述光源的深度值和点A1在水底面上的投影相对于所述光源的深度值进行比较，若两者的差值不超过预定阈值，则确定点A1为所述光源相对于所述水面网格的顶点在水下场景中形成的光点，设置点A1的亮度为预定的亮度值；若两者的差值超过预定阈值，则沿光线处理单元所获得的折射光线的方向将点A1改变一个预定的增量，得到折射光线上的点A2，以点A2作为点A1；重复深度比较处理，直到获得所述光源相对于所述水面网格的顶点在水下场景中形成的光点；其中，深度比较处理中初始的点A1是光线处理单元获得的交点。

8、如权利要求6或7所述的渲染装置，其特征在于，所述合成单元具体包括：

替换单元，用于在所述原始图像中，将与水刻蚀纹理中光点对应的像素的颜色值替换为为光点设置的颜色值；

图像输出单元，用于输出将所述原始图像经替换单元进行替换处理后获得的具有水刻蚀效果的图像。

9、如权利要求6或7所述的渲染装置，其特征在于，所述合成单元具体包括：

替换单元，用于在所述原始图像中，将与水刻蚀纹理中光点对应的像素的颜色值替换为新的颜色值，该新的颜色值由原始图像中相应像素的颜色值与为光点设置的颜色值进行混合计算所获得；

图像输出单元，用于输出将所述原始图像经替换单元进行替换处理后所获得的具有水刻蚀效果的图像。

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