CN103035024A - 一种基于三维虚拟平台的实体材质置换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三维虚拟平台的实体材质置换方法，包括如下步骤：初始化三维渲染引擎；设置虚拟摄像机在场景中的初始位置；设置视口的大小；用户选定场景后，从场景组织文件中读取场景数据，从素材文件中读取实体数据；加载场景的光照效果；初始化软件界面，显示纹理贴图菜单，所述纹理贴图菜单包含多个不同种类的可拖移的纹理贴图的缩略图；用户从所述纹理贴图菜单中选择纹理贴图，并将选择的纹理贴图拖移到场景中，软件通过用户的拖移操作确定所需位置的场景三维坐标，然后通过场景三维坐标确定需要被替换的材质；当材质确定时，实体材质中的纹理贴图被在菜单中选择的纹理贴图进行适当的缩放后所替换；保存场景。本发明实现即时渲染。
Description
技术领域
本发明属于计算机虚拟现实技术领域，具体涉及一种基于三维虚拟平台的实体材质置换方法。
背景技术
1、虚拟现实是利用电脑模拟产生一个三维空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟，可以及时、没有限制地观察三维空间内的事物。然而操作系统和应用软件通常不能直接去使用显卡和其中的3D加速功能，必须通过OpenGL(OpenGL是个专业的图形程序接口，是一个功能强大，调用方便的底层图形库)和Direct3D(Direct3D是微软公司在Microsoft Windows操作系统上所开发的一套3D绘图编程接口)的一个接口去调用。
2、三维空间的虚拟世界场景中的实体是由模型和材质组成。实体必须连接到一个结点上才真正成为场景的一部分。在每个实体中都包含着一些子实体的实现，这些子实体是真正的可渲染对象，它们维护着具体的材质特性。模型是物体结构特性(几何数据)的集合。材质中有一个或多个通道，通道是指可渲染对象用来标示自己渲染状态的基本单元。通道中包含了纹理单元、光照数据、反射参数、法线数据等。纹理单元中包含了纹理贴图、纹理参数等。
3、如今，虚拟现实在在家装领域几乎一块空白。厂家，经销商在对产品进行介绍时，需要较大量的样品间、展示厅等，消耗很大的成本。假如我们能用软件在三维场景中渲染出一个样板间，并能随意改变物体外形和位置。那么对于厂家，能大大的减少成本，并能节省大量人力物力。对客户来说，也能得到良好的即时场景体验，更直观的，更全面的加深了对产品的理解和感受。然而在场景即时体验中，客户在对一个实体进行外表图案花纹替换时，也就是说系统对一个实体的材质进行替换时，需要处理大量光照参数，这会占用很长的渲染时间，达不到即时渲染的目的。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种基于三维虚拟平台的实体材质置换方法，达到即时渲染的目的，减少了程序运算时间，提高效率。
技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种基于三维虚拟平台的实体材质置换方法，包括如下步骤：
(1)初始化三维渲染引擎；
(2)设置虚拟摄像机在场景中的初始位置；
(3)设置视口的大小，以确定渲染窗口中的场景的大小；
(4)用户选定场景后，从场景组织文件中读取场景数据，从素材文件中读取实体数据；
(5)加载场景的光照效果；
(6)初始化软件界面，显示纹理贴图菜单，所述纹理贴图菜单包含多个不同种类的可拖移的纹理贴图的缩略图；
(7)用户从所述纹理贴图菜单中选择纹理贴图，并将选择的纹理贴图拖移到场景中，软件通过用户的拖移操作确定所需位置的场景三维坐标，然后通过场景三维坐标确定需要被替换的材质；
(8)当材质确定时，实体材质中的纹理贴图被在菜单中选择的纹理贴图所替换；
(9)保存场景。
进一步的，所述场景数据指实体在场景坐标系下的场景三维坐标，所述实体数据包括纹理单元数据和构建实体的坐标。
进一步的，在步骤(9)之前，重复步骤(7)和步骤(8)。
进一步的，所述步骤(8)中，先将菜单中选择的纹理贴图进行缩放，使得所述纹理贴图在实体上相应面的覆盖的面积和所述相应面的面积的比例与实际一致，然后替换场景中实体材质的纹理贴图。
有益效果：在用计算机进行三维场景展示时，样板间里的实体都是默认的配置了纹理贴图。假如需要改变实体的外表图案花纹，利用本发明，可以仅通过鼠标拖动纹理贴图的缩略图至需替换的实体上，就可以完成替换。在替换过程中对纹理贴图进行适当的缩放，光照参数保持不变，从而达到即时渲染的目的，减少了程序运算时间，提高效率。本发明能实现高精度即时渲染，三维展示效果达到照片级仿真效果，同一场景可展示600万面数的实体，精确表现复杂的曲线、雕花、水晶灯、窗帘等复杂物体；支持自发光、环境光、漫反射、高光、透明等多种特效，精确展现布艺、木材、瓷砖、玻璃、金属、油漆、皮革等材质。
附图说明
图1为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
本发明能将现实中的家具物品等在虚拟场景中展示出来，用户对这些实体进行简单快捷操作，比如改变家具的材质，这样可以达到一种真实的场景体验效果。本发明旨在仅仅对同一物体同种材质的纹理贴图进行替换，能大大减少渲染的时间，避免处理大量的光照参数等。并能通过触摸展示屏等移动终端进行展示，给用户进行最直观，最快捷的场景体验。本发明是基于OpenGL和Direct3D通过三维渲染引擎，负责将材质的纹理贴图实时渲染。
本发明在材质的通道中定义了三个基本的纹理单元，第一个纹理单元为材质的花型贴图，如木纹、布料、瓷砖的无缝贴图；第二个纹理单元为实体在场景中的烘焙贴图，通过预先烘焙，形成实体的基本光影效果；第三个纹理单元为实体的环境贴图，根据实体的材质属性，给予环境贴图，以增强材质的表面反射。第一个纹理单元的纹理贴图被作为材质的基本纹理贴图。
如图1所示，本发明具体包括如下步骤：
(1)基于OpenGL和Direct3D初始化三维渲染引擎；
(2)选择场景并进入，设置虚拟摄像机在场景中的位置；
(3)设置视口(摄像机所呈现的区域就是视口)的大小，以确定渲染窗口中的场景的大小；
(4)用户选定场景后，从场景组织文件中读取场景数据，从素材文件中读取实体数据；场景数据指实体在场景坐标系下的场景三维坐标，实体数据读取以.mesh结尾的实体数据文件，里面保存着组成实体的重要数据，如纹理单元数据和构建实体的坐标等。
(5)加载场景预先设定的光照效果；比如材质的自发光、环境光、高光、漫反射等即时渲染参数，从而对场景中光线、阴影等进行视觉优化。
(6)初始化软件界面，显示纹理贴图菜单，所述纹理贴图菜单包含多个不同种类的可拖移的纹理贴图的缩略图，用户只需将缩略图拖至到场景中的实体上，就可以替换实体的纹理贴图；
(7)用户从所述纹理贴图菜单中选择纹理贴图，并将选择的纹理贴图拖移到场景中的某个位置后松开鼠标，软件通过用户的拖移操作确定所需位置的场景三维坐标，然后通过场景三维坐标到某个具体的实体上的某块材质，从而确定需要被替换的材质；
(8)当材质确定时，将需要替换的纹理贴图与被替换的基本纹理贴图按比例进行缩放，使得纹理贴图在实体上覆盖的面积与实际相符。比例计算方法如下：本发明通过.xml文件定义了用户需要替换的纹理贴图代表的实际长宽尺寸，即宽度值ua与长度值va，本发明在场景制作中第一个纹理单元全部使用宽度值ub为1800毫米，长度值vb为1800毫米的标准贴图(或称“基本纹理贴图”)，并根据实体相应面的实际尺寸(即宽度值u0与长度值v0)与其在uv图中所占比例计算出使用标准贴图的uv值，即uc值与vc值：uc=ub/u0，vc＝vb/v0，在用户替换纹理贴图时，只替换第一个纹理单元的纹理贴图，得到新的u值和v值：u=(ua/ub)*uc＝ua/u0，v=(va/vb)*vc＝va/v0，可以看出，u和v都是没有单位的量，即得出了用户替换的纹理贴图在宽度和长度方向上能覆盖的实体相应面的个数。根据这个u值和v值进行比例缩放，也即得到实体相应面需要的用户替换的纹理贴图的个数，实现了替换后新的纹理贴图在实体上相应面的覆盖的面积和所述相应面的面积的比例与实际一致。在替换过程中，第二个、第三个纹理单元与材质通道属性保留了原有的设置，保留了原有光影关系，节省了渲染消耗的大量时间，实现快速贴换、即时渲染。
(9)用户替换纹理贴图后，瞬间就可以看到替换后的场景效果。可以重复步骤七到步骤八。
(10)保存场景。
Claims (4)
1.一种基于三维虚拟平台的实体材质置换方法，包括如下步骤：
(1)初始化三维渲染引擎；
(2)设置虚拟摄像机在场景中的初始位置；
(3)设置视口的大小，以确定渲染窗口中的场景的大小；
(4)用户选定场景后，从场景组织文件中读取场景数据，从素材文件中读取实体数据；
(5)加载场景的光照效果；
(6)初始化软件界面，显示纹理贴图菜单，所述纹理贴图菜单包含多个不同种类的可拖移的纹理贴图的缩略图；
(7)用户从所述纹理贴图菜单中选择纹理贴图，并将选择的纹理贴图拖移到场景中，软件通过用户的拖移操作确定所需位置的场景三维坐标，然后通过场景三维坐标确定需要被替换的材质；
(8)当材质确定时，实体材质中的纹理贴图被在菜单中选择的纹理贴图所替换；
(9)保存场景。
2.根据权利要求1所述一种基于三维虚拟平台的实体材质置换方法，其特征在于：所述场景数据指实体在场景坐标系下的场景三维坐标，所述实体数据包括纹理单元数据和构建实体的坐标。
3.根据权利要求1所述一种基于三维虚拟平台的实体材质置换方法，其特征在于：在步骤(9)之前，重复步骤(7)和步骤(8)。
4.根据权利要求1所述一种基于三维虚拟平台的实体材质置换方法，其特征在于：所述步骤(8)中，先将菜单中选择的纹理贴图进行缩放，使得所述纹理贴图在实体上相应面的覆盖的面积和所述相应面的面积的比例与实际一致，然后替换场景中实体材质的纹理贴图。
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