CN101055645A - 一种阴影实现的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阴影实现方法，包括：获取物体顶点的深度信息，并存储在深度图中对应像素的值的第一数据区中；获取所述物体顶点的透明度信息，并存储在所述深度图中对应像素的值的第二数据区中；根据该物体顶点在所述深度图中对应像素的值，绘制该物体顶点。本发明通过在深度图参数中记录物体顶点的透明度值，结合物体顶点的深度值及透明度值生成阴影，可以真实反映物体的透明部分，从而获得最真实的阴影效果。

Description

一种阴影实现的方法及装置

技术领域

本发明涉及图像处理领域，特别是涉及一种阴影实现的方法及装置。

背景技术

目前，在3D技术中要营造真实的光影效果，必须要有真实、动态的阴影。现有技术中，通常利用一张深度图把场景中的物体的深度值记录下来，在正常渲染场景时把该深度值取出来，然后和当前点的深度值进行比较，从而决定物体顶点是否处于阴影中。

然而，在采用现有技术实现阴影时，通常对于3D场景中的半透明物体的阴影不能很好地实现，主要体现在不能体现物体透明部分的阴影，以及不能体现物体遮盖部分阴影的半透明效果两个方面。

例如，一片树叶，通常初始设计为一个方形的平面，然后在这个平面上贴一张部分透明的贴图，在树叶部分不透明，而在其它多余部分透明，从而得到一片树叶的形状。参考图1，示出了一种现有实现树叶的阴影示意图，显然，采用现有技术生成阴影时，由于只能记录该树叶顶点的深度值，使得绘制地面各顶点都是同样程度的暗色，即得到该树叶为方形平面的形状，而不是树叶的形状，无法体现物体透明部分的阴影，从而不能获得真实阴影地实现。

在实际中，可以理解的是，当一个物体A被另外的物体B遮盖时，被遮盖的物体A的顶点阴影应当发生变化，例如变暗等；并且，由于不同的物体B的透明程度不一样，还应当影响遮盖物体A的阴影效果，假设物体A为绿色，被透明程度不一样的物体B遮盖后，物体A的阴影可能为绿色、深绿色、墨绿色或黑色等。然而，现有技术根据深度值生成阴影时，只能得到均一的、没有层次的阴影效果，例如，对上述物体A被透明程度不一样的物体B遮盖后所呈现的均为墨绿色，无法体现阴影遮盖的半透明效果，从而不能获得真实阴影地实现。

所以，现阶段需要本领域技术人员迫切解决的一个技术问题就是：如何提供一种真实反映物体阴影的阴影实现方法。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题是提供两种阴影实现的方法，以使用户在3D游戏引擎或3D图像技术中获得真实阴影实现。

本发明实施例的另一个目的是将上述阴影实现的方法应用于实际中，提供一种阴影实现的装置，用以保证上述方法的实现和应用。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种阴影实现方法，包括：

获取物体顶点的深度信息，并存储在深度图中对应像素的值的第一数据区中；

获取所述物体顶点的透明度信息，并存储在所述深度图中对应像素的值的第二数据区中；

根据该物体顶点在所述深度图中对应像素的值，绘制该物体顶点。

优选的是，所述第一数据区为小数位，所述第二数据区为整数位。

优选的是，通过以下步骤获取所述深度信息：

根据顶点的坐标与预置投影变换矩阵计算获得深度值；

将所述深度值缩放为小数形式的深度信息。

优选的是，所述的方法，还包括：

如果所述物体顶点的透明度信息符合预置删除条件，则忽略该物体顶点。

优选的是，所述的方法，还包括：

如果所述物体顶点与其它物体顶点在深度图中的对应像素重合，则存储符合选取条件的物体顶点的透明度信息和深度信息。

优选的是，所述绘制物体顶点的步骤还包括：

判断所述物体顶点的深度信息是否大于该物体顶点在深度图中对应像素的深度信息，如果是，则提取该物体顶点在所述第二数据区中存储的透明度信息；

根据所述透明度信息生成透明系数，并根据所述透明系数绘制该物体顶点。

本发明实施例还提供了一种阴影实现装置，包括：

获取单元，用于获取物体顶点的深度信息和透明度信息；

存储单元，用于在深度图中对应像素的值的第一数据区中和第二数据区中分别存储所述物体顶点的深度信息和透明度信息；

绘制单元：用于根据该物体顶点在所述深度图中对应像素的值，绘制该物体顶点。

优选的是，所述第一数据区为小数位，所述第二数据区为整数位。

优选的是，所述获取单元包括：

计算子单元：用于根据顶点的坐标与预置投影变换矩阵计算获得深度值；

缩放子单元：用于将所述深度值缩放为小数形式的深度信息。

优选的是，所述的装置，还包括：

第一优化单元：用于忽略所述透明度信息符合预置删除条件的物体顶点。

优选的是，所述的装置，还包括：

第二优化单元：用于存储符合选取条件的物体顶点的透明度信息和深度信息。

优选的是，所述绘制单元包括：

判断子单元：用于判断所述物体顶点的深度信息是否大于该物体顶点在深度图中对应像素的深度信息；

提取子单元：用于根据判断单元的判断结果提取该物体顶点在所述第二数据区中存储的透明度信息；

生成子单元：用于根据所述透明度信息生成透明系数；

绘制子单元：用于根据所述透明系数绘制该物体顶点。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

首先，本发明实施例通过在深度图参数中记录物体顶点的透明度值，结合物体顶点的深度值及透明度值生成阴影，可以真实反映物体的透明部分，从而获得最真实的阴影效果；

其次，本发明实施例在深度图参数中不记录不符合预置规则的深度图参数，从而有效提高阴影实现的处理效率；

再者，本发明实施例通过优化阴影生成的过程，从而对阴影进一步优化处理，实现更为真实的阴影；

此外，本发明实施例通过设置浮点格式的深度图参数，不会影响原有阴影实现的流程及效率；

最后，本发明实施例对于服务提供商来说，无技术障碍，无特殊保密算法，技术实现简单。

附图说明

图1是采用现有技术实现阴影效果的示意图；

图2是本发明一种阴影实现方法实施例的流程图；

图3是本发明一种阴影实现装置实施例的结构框图；

图4是应用图3所示的装置实现阴影的方法实施例的流程图；

图5是应用本发明实现阴影效果的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本发明的核心构思之一在于，通过将深度信息和透明度信息以浮点格式保存形成顶点在深度图中对应像素的值，并根据该值绘制该点，以在现有技术阴影实现的基础上，更好地实现物体透明部分的阴影，以及物体遮盖部分阴影的半透明效果。

参照图2，示出了本发明的一种阴影实现的方法实施例的流程图，具体包括以下步骤：

步骤201、获取物体顶点的深度信息，并存储在深度图中对应像素的值的第一数据区中；

步骤202、获取所述物体顶点的透明度信息，并存储在所述深度图中对应像素的值的第二数据区中；

步骤203、根据该物体顶点在所述深度图中对应像素的值，绘制该物体顶点。

优选的是，所述第一数据区为小数位，所述第二数据区为整数位。

在这种情况下，本实施例可以通过以下子步骤获取所述深度信息：

子步骤S1、根据顶点的坐标与预置投影变换矩阵计算获得深度值；

子步骤S2、将所述深度值缩放为小数形式的深度信息。

在实际中，光源的影响会导致物体阴影的形成，并且由于光源和物体的空间位置可以动态变化，因此，在渲染阴影的过程中，需要根据光源、物体各顶点的位置计算出深度信息。

例如，一种深度值的获取方法为，将物体顶点的空间坐标与构建的投影变换矩阵相乘，得到三个元素X、Y和Z，取Z为该顶点的深度值：float4x4 TransformMatrix；//投影变换矩阵float4 Main(float4InPosition：POSITION){

float4 OutPosition＝mul(InPosition，TransformMatrix)；//相乘

return OutPositon；//得出的结果里边的Z就是深度值}

然后，将以上得出的OutPostion进行缩放，即将其与缩放矩阵(如下所示)进行相乘，从而得到的深度值Z被限制在[0，1]间，即缩放为小数形式。

缩放矩阵：

D3DMATRIX({1，0，0，0}，

{0，1，0，0}，

{0，0，1/WORLD_MAX，0}//WORLD_MAX为这个场景中的最大深度值

{0，0，0，1})；

当然，本领域技术人员根据实际需要或经验采用其它获取深度信息的方法都是可行的，本发明对此不需要进行限定。

作为另一实施例，所述第一数据区可以为整数位，所述第二数据区可以为小数位。在这种情况下，还可以通过以下子步骤获取所述透明度信息：

子步骤Q1、读取所述物体顶点的贴图信息获得透明度信息；

子步骤Q2、将所述透明度信息缩放为小数形式的透明度信息。

公知的是，3D物体是由N个顶点(Vertex)构成，顶点是图形学中的最基本元素，在三维空间中，每个顶点都拥有自己的空间坐标值等信息。当渲染一个3D物体时，由于仅有位置信息的顶点无法形成3D实体，而可以通过一张“包裹”在顶点外的贴图形成一个3D实体。在实际处理中，可以由顶点着色单元处理着些顶点信息，然后再发送到像素渲染单元完成贴图工作。所述贴图可以存储设计人员预置的顶点颜色信息和透明度信息等贴图信息，例如，R(红)、G(绿)、B(兰)、A(透明度)等信息。不同物体的贴图可能是不同的，相应的贴图信息也可能不同。当然，如果相应的贴图信息中没有透明度信息，则可以按照现有技术的方法存储深度图，本发明对此不作限制。

如果得到的透明度信息为大于1的值，即非小数形式的透明度信息，在本实施例中，可以通过在生成投影变换矩阵时乘以一个缩放矩阵，把透明度信息限制在[0，1]间，或者，采用现有技术中的其它方法，例如，直接乘以一个固定值0.001等方法将透明度信息缩放为小数形式都是可行的，本发明对此不需要进行限定。

可以理解，本实施例仅改变了现有深度图像素值的存储格式，即由原来的存储整数形式的深度值，改为存储浮点格式的深度值，只是该浮点格式的深度值包括分别在整数位和小数位上存储的深度信息和透明度信息，因而对于现有系统的处理而言，并未增加其它运算，从而不会降低现有系统处理效率。

优选的是，本实施例还可以包括步骤：如果所述物体顶点的透明度信息符合预置删除条件，则忽略该顶点。

例如，假设透明度信息为0到255，0表示全透明的状态，255表示不透明的状态，如果预置标准透明度信息为10，对于透明度信息低于10的顶点，说明其透明程度非常高，即该顶点接近透明，即使不绘制该顶点对于3D物体的影响也不大，因此可以将该顶点忽略。当然，本领域技术人员也可以设置其它删除条件，本发明对此不作限制。需要说明的是，所述忽略可以为不在第二数据区中存储顶点的透明度信息，也可以为不存储顶点在深度图中对应像素的值，以及采用现有技术中的其它忽略处理都是可行的。

由于不同空间位置的物体顶点或者一个物体的多个顶点投影在深度图上的像素点有可能是重合的，在这种情况下，本实施例可以只在所述第一数据区中存储符合选取条件的物体顶点的透明度信息和深度信息，从而可以有效节省资源，提高系统处理效率。

所述选取条件优选为表示透明程度较低的物体顶点的透明度信息，例如，假设透明度信息为0到255，0表示全透明的状态，255表示不透明的状态，如果顶点A在深度图中对应像素的值为100.8(可以表示为透明度信息为100，深度信息为8)；如果顶点B在深度图中对应像素的值为5.3，(可以表示为透明度信息为5，深度信息为3)；如果顶点C在深度图中对应像素的值为80.10，(可以表示为透明度信息为80，深度信息为10)，假设这三个顶点投影到深度图中为同一个像素点，那么只存储透明度信息最高的顶点的透明度信息和深度信息，即顶点A的透明度信息和深度信息100.8。当然，本领域技术人员也可以设置其它选取条件，本发明对此不作限制。

在每次渲染深度图的过程中，都可以按照上述实施例进行处理，对于运动的物体，由于每次都重新获取相应的深度信息及透明度信息，从而生成的阴影可以随着物体的运动而运动，即采用本实施例在实际中也可以保证动态阴影的真实实现。

现实中的阴影是在光源的方向下产生的，离光源近的物体产生的阴影会遮盖离光源远的物体。由于现有技术中没有把物体顶点的透明度信息渲染到深度图中，深度图中只有顶点的深度信息，因而采用现有技术生成不同透明度的物体B在遮盖物体A的阴影时，只能获得均一的、没有层次的阴影效果，并且对于物体的透明部分不能真实体现。为了解决上述问题，在采用本实施例绘制顶点时，优选可以包括以下子步骤：

子步骤R1、判断所述物体顶点的深度信息是否大于该物体顶点在深度图中对应像素的深度信息，如果是，则提取该像素在所述第二数据区中存储的透明度信息；

子步骤R2、根据所述透明度信息生成透明系数，并根据所述透明系数绘制该物体顶点。

由于所述物体顶点的深度信息不一定为该物体顶点在深度图中对应像素的值的深度信息，例如，如果顶点A在深度图中对应像素的值为100.8(可以表示为透明度信息为100，深度信息为8)；顶点C在深度图中对应像素的值为80.10，(可以表示为透明度信息为80，深度信息为10)，假设按照上例的条件只存储透明度信息最高的顶点A的透明度信息和深度信息，即100.8。在这种情况下，如果顶点C的深度信息大于顶点A的深点信息，即表明顶点C离光源的距离比顶点A离光源的距离远，从而顶点C被顶点A遮盖，为了获得物体遮盖的半透明效果，应用本实施例，提取对应像素的值中存储的透明度信息，然后，根据所述透明度信息生成透明系数，所述透明系数可以为顶点的颜色信息。

由于物体自身配置了贴图，因此物体每个顶点的颜色信息可能由两个部分组成，一是顶点自身的颜色信息，一是从贴图里获取的颜色信息。并且，顶点具有一个从贴图获取颜色的坐标，称为UV坐标。现有技术中，通常对于顶点的颜色信息的计算公式为：float4 OutColor＝SelfColor*tex2D(Texture，UV)；其中，SelfColor是顶点自身的颜色信息，tex2D()函数是从贴图里获取的颜色信息，Texture是物体自身配置的贴图，UV是所述顶点对应在贴图中的坐标。因而，现有技术在绘制顶点时，由于只考虑了顶点自身以及贴图中的颜色信息，因而无法对这种物体遮盖时的阴影效果进行处理。

优选的是，所述透明系数可以为根据被遮盖的物体顶点在深度图中的透明度信息，以及该顶点在不同场景的阴影颜色信息计算生成，所述阴影颜色信息可以由本领域技术人员预先设定。当然，本领域技术人员采用其它生成透明系数的方法也是可行的，本发明对此不需要进行限定。

应用上述优选实施例，可以得到该物体顶点的颜色信息为：

float4 OutColor＝SelfColor*tex2D(Texture，UV)*ShadowColor*Alpha；

其中，SelfColor是顶点自身的颜色信息，tex2D()函数是从贴图里获取的颜色信息，Texture是物体自身配置的贴图，UV是所述顶点对应在贴图中的坐标；ShadowColor为根据不同场景预置的阴影颜色信息，Alpha为被遮盖的物体顶点在深度图中对应像素所存储的的透明度信息。

本发明充分考虑到物体透明部分的阴影实现，以及遮盖部分的半透明阴影实现，可以向用户提供最真实的阴影效果。

参考图3，示出了本发明的一种阴影实现装置实施例的结构框图，包括以下单元：

获取单元301，用于获取物体顶点的深度信息和透明度信息；

存储单元302，用于在深度图中对应像素的值的第一数据区中和第二数据区中分别存储所述物体顶点的深度信息和透明度信息；

绘制单元303：用于根据该物体顶点在所述深度图中对应像素的值，绘制该物体顶点。

优选的是，所述第一数据区为小数位，所述第二数据区为整数位。

优选的是，所述获取单元301包括：

计算子单元：用于根据顶点的坐标与预置投影变换矩阵计算获得深度值；

缩放子单元：用于将所述深度值缩放为小数形式的深度信息。

优选的是，本实施例所述的装置，还可以包括：

第一优化单元：用于忽略所述透明度信息符合预置删除条件的物体顶点。

优选的是，本实施例所述的装置，还可以包括：

第二优化单元：用于在所述第一数据区中存储符合选取条件的物体顶点的透明度信息和深度信息。

优选的是，所述绘制单元包括：

判断子单元：用于判断所述物体顶点的深度信息是否大于该物体顶点在深度图中对应像素的深度信息；

提取子单元：用于根据判断单元的判断结果提取该物体顶点在所述第二数据区中存储的透明度信息；

生成子单元：用于根据所述透明度信息生成透明系数；

绘制子单元：用于根据所述透明系数绘制该物体顶点。

参考图4，示出了应用图3所示的装置实现阴影的方法实施例的流程图，具体包括以下步骤：

步骤401、获取单元获取物体顶点的深度信息，并发送给存储单元将所述深度信息存储在深度图中对应像素的值的第一数据区中；

优选的是，所述第一数据区为小数位，在这种情况下，所述获取单元通过以下子步骤获取物体顶点的深度信息：

子步骤Z1、计算子单元根据顶点的坐标与预置投影变换矩阵计算获得深度值；

子步骤Z2、缩放子单元将所述深度值缩放为小数形式的深度信息。

步骤402、获取单元获取所述物体顶点的透明度信息，并发送给存储单元将所述透明度信息存储在所述深度图中对应像素的值的第二数据区中；

优选的是，所述第二数据区为整数位。

在所述存储过程中，还可以通过以下两个优化步骤优化深度图的存储：

优化步骤1、第一优化子单元在存储透明度信息时，对透明度信息符合预置删除条件的物体顶点进行忽略处理；

和/或，优化步骤2、第二优化子单元在物体顶点与其它物体顶点在深度图中的对应像素重合时，只存储符合选取条件的物体顶点的透明度信息和深度信息。

步骤403、绘制单元根据该物体顶点在所述深度图中对应像素的值，绘制该物体顶点。

优选的是，所述绘制的过程包括以下子步骤：

子步骤J1、判断子单元判断所述物体顶点的深度信息是否大于该物体顶点在深度图中对应像素的深度信息；

子步骤J2、提取子单元根据判断单元的判断结果提取该物体顶点在所述第二数据区中存储的透明度信息，所述判断结果为肯定结果；

子步骤J3、生成子单元根据所述透明度信息生成透明系数；

子步骤J4、绘制子单元根据所述透明系数绘制该物体顶点。

应用本发明可以实现的阴影效果示意图如图5所示。

由于图3所示的系统以及图4所示的方法可以对应适用于前述的方法实施例中，所以描述较为简略，未详尽之处可以参见本说明书前面相应部分的描述。

以上对本发明所提供的一种阴影实现方法及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核心思想；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更改之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (12)

1、一种阴影实现方法，其特征在于，包括：

获取物体顶点的深度信息，并存储在深度图中对应像素的值的第一数据区中；

获取所述物体顶点的透明度信息，并存储在所述深度图中对应像素的值的第二数据区中；

根据该物体顶点在所述深度图中对应像素的值，绘制该物体顶点。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一数据区为小数位，所述第二数据区为整数位。

3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，通过以下步骤获取所述深度信息：

根据顶点的坐标与预置投影变换矩阵计算获得深度值；

将所述深度值缩放为小数形式的深度信息。

4、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

如果所述物体顶点的透明度信息符合预置删除条件，则忽略该物体顶点。

5、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还包括：

如果所述物体顶点与其它物体顶点在深度图中的对应像素重合，则存储符合选取条件的物体顶点的透明度信息和深度信息。

6、如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述绘制物体顶点的步骤还包括：

判断所述物体顶点的深度信息是否大于该物体顶点在深度图中对应像素的深度信息，如果是，则提取该物体顶点在所述第二数据区中存储的透明度信息；

根据所述透明度信息生成透明系数，并根据所述透明系数绘制该物体顶点。

7、一种阴影实现装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取物体顶点的深度信息和透明度信息；

存储单元，用于在深度图中对应像素的值的第一数据区中和第二数据区中分别存储所述物体顶点的深度信息和透明度信息；

绘制单元：用于根据该物体顶点在所述深度图中对应像素的值，绘制该物体顶点。

8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述第一数据区为小数位，所述第二数据区为整数位。

9、如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述获取单元包括：

计算子单元：用于根据顶点的坐标与预置投影变换矩阵计算获得深度值；

缩放子单元：用于将所述深度值缩放为小数形式的深度信息。

10、如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，还包括：

第一优化单元：用于忽略所述透明度信息符合预置删除条件的物体顶点。

11、如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，还包括：

第二优化单元：用于存储符合选取条件的物体顶点的透明度信息和深度信息。

12、如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述绘制单元包括：

判断子单元：用于判断所述物体顶点的深度信息是否大于该物体顶点在深度图中对应像素的深度信息；

提取子单元：用于根据判断单元的判断结果提取该物体顶点在所述第二数据区中存储的透明度信息；

生成子单元：用于根据所述透明度信息生成透明系数；

绘制子单元：用于根据所述透明系数绘制该物体顶点。

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