CN103337093A - 一种基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果的方法，包括以下步骤：编写Unity3D着色器；建立与三维机房地板相同的平面模型；编写脚本实时修改Unity3D着色器的属性；对场景进行实时渲染，生成温场效果。本发明根据指定的相关点的位置及温度，渲染生成整个机房温场图，基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果，方便灵活，便于扩展，生动形象。

Description

一种基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果的方法

技术领域

本发明属于电力信息可视化技术领域，具体涉及一种基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果的方法。

背景技术

随着电力系统信息化的大力推进，三维可视化逐渐体现出它相对于二维展现的优势，如更加直观、形象，对全局的把握更加精准到位。三维可视化技术也日趋成熟，可供我们选择的工具有很多，我们所熟知的如3D Max，Maya，Blender等，这些软件的重点在于模型的建立，当然在场景制作、动画制作方面有同样有着丰富的功能。而Unity3D是一款专门用来制作游戏场景、建筑设计、动画展示的软件，它在模型方面只内嵌了最基本的立体体、球体、平面、圆柱体等，实际应用中需要从外界导入制作好的模型。Unity3D的强项在于场景的制作，对于三维机房这样需要有各种交互，场景动画、数据展示的应用来说，正是其所擅长之处。

在Unity3d里,所有的图形绘制都必须通过Shader，即着色器。着色器大大提高了Unity3D的扩展性，对于复杂、具体的应用，我们可以开发出自己想要的着色器，达到想要的效果。Shader按管线分类一般分为固定渲染管线与可编程渲染管线：

1）固定渲染管线——这是标准的几何&光照(Transforming&Lighting)管线，功能是固定的，它控制着世界、视、投影变换及固定光照控制和纹理混合。T&L管线可以被渲染状态控制，矩阵，光照和采制参数。功能比较有限。基本所有的显卡都能正常运行。

2）可编程渲染管线——对渲染管线中的顶点运算和像素运算分别进行编程处理，而无须象固定渲染管线那样套用一些固定函数，取代设置参数来控制管线。

温场效果（温度云图）在三维机房展示中，能够形象直观地表现出机房内各个区域的温度高低和对比。目前常见的技术手段是将温度数据渲染成二维图片作为贴图应用到三维场景当中，但这样的缺点是需要预先生成好贴图，无法作到动态效果。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果的方法，根据指定的相关点的位置及温度，渲染生成整个机房温场图，基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果，方便灵活，便于扩展，生动形象。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果的方法，所述方法包括以下步骤：

步骤1：编写Unity3D着色器；

步骤2：建立与三维机房地板相同的平面模型；

步骤3：编写脚本实时修改Unity3D着色器的属性；

步骤4：对场景进行实时渲染，生成温场效果。

所述步骤1中，用户通过添加参数解析函数、UV计算函数和颜色映射函数，接收外部参数，并通过参数解析函数对外部参数进行解析，最后计算各UV点的温度值，并通过颜色值展现计算出的温度值，即完成Unity3D着色器的编写。

对外部参数进行解析过程为：接收参数字符串，内容为多个温度点，每个温度点由分隔符分号隔开，温度点包含的数据有坐标和温度值，由逗号隔开，Unity3D着色器对参数进行处理，得出温度点的数量、位置及温度值，用以计算各UV点的温度值。

根据各UV点与给定温度点的距离，通过二维线性插值法计算各UV点的温度值；

$d_1=\sqrt[2]{{(x_1-x_{\mathrm{uv}})}^2+{(y_1-y_{\mathrm{uv}})}^2}---\left(1\right)$

$d_2=\sqrt[2]{{(x_2-x_{\mathrm{uv}})}^2+{(y_2-y_{\mathrm{uv}})}^2}---\left(2\right)$

$d_3=\sqrt[2]{{(x_3-x_{\mathrm{uv}})}^2+{(y_3-y_{\mathrm{uv}})}^2}---\left(3\right)$

…

$d_n=\sqrt[2]{{(x_n-x_{\mathrm{uv}})}^2+{(y_n-y_{\mathrm{uv}})}^2}---\left(4\right)$

$T_{\mathrm{uv}}=\frac{T_1/d_1+T_2/d_2+T_3/d_3+\·\·\·+T_n/d_n}{1/d_1+1/d_2+1/d_3+\·\·\·+1/d_n}---\left(5\right)$

其中，x_uv和y_uv分别为当前计算的UV点的横坐标和纵坐标；x₁,x₂,x₃…x_n、y₁以及y₂,y₃…y_n分别为给定温度点的横坐标和纵坐标；d₁,d₂,d₃…d_n为通过计算得出的每个UV点与各给定温度点的距离；T₁,T₂，T₃…T_n为给定温度点的温度值；T_uv为根据UV点与各给定温度点的距离以及给定温度点的温度值计算出的UV点的温度值。

所述步骤2中，建立与三维机房地板形状与大小均相同的平面模型，将所述平面模型与机三维机房模型重合，使其与三维机房模型的地板平行并位于地板之上，将平面模型的材质的着色器属性修改为之前编写的Unity3D着色器。

所述步骤3中，编写脚本，接收参数字符串，内容为数个给定温度点，每个给定温度点由分隔符隔开，所述分隔符为分号；获取给定温度点的信息，给定温度点包括坐标和温度值，坐标和温度值分别由逗号隔开；通过gameObject.render.material获取平面模型的材质对象，将接收到的字符串传递进Unity3D着色器，Unity3D着色器在运行时对参数进行处理和相应的计算。

步骤4中，编写JS或C#脚本，获取动态温度数据，并传递给所述Unity3D着色器，计算机对场景进行实时渲染，渲染过程中计算机根据着色器进行各UV点的温度数据的计算与映射，最终生成温场效果。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.基于Unity3D着色器，灵活方便，扩展性强，能够针对不同的应用场景，对算法稍加修改，即可以实现不同的效果。如以某一点为中心一圈圈地变化、以某条线为基准平行变化等等。

2.本方法以在实际运行中获取温度信息进而传递给着色器，实现了实时渲染，相比以往通过二维图片进行贴图，具有实时、真实、形象生动等优点。

附图说明

图1是本发明实施例中Unity3D着色器工作原理图；

图2是本发明实施例中温场运行流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

提供一种基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果的方法，Unity3D着色器为顶点与碎花着色器，该方法包括以下步骤：

步骤1：编写顶点与碎花着色器；

步骤2：建立与三维机房地板相同的平面模型；

步骤3：编写脚本实时修改顶点与碎花着色器的属性；

步骤4：对场景进行实时渲染，生成温场效果。

所述步骤1中，用户通过添加参数解析函数、UV计算函数和颜色映射函数，接收外部参数，并通过参数解析函数对外部参数进行解析，最后计算各UV点的温度值，并通过颜色值展现计算出的温度值，即完成顶点与碎花着色器的编写。

对外部参数进行解析过程为：接收参数字符串，内容为多个温度点，每个温度点由分隔符分号隔开，温度点包含的数据有坐标和温度值，由逗号隔开，顶点与碎花着色器对参数进行处理，得出温度点的数量、位置及温度值，用以计算各UV点的温度值。

根据各UV点与给定温度点的距离，通过二维线性插值法计算各UV点的温度值；

$d_1=\sqrt[2]{{(x_1-x_{\mathrm{uv}})}^2+{(y_1-y_{\mathrm{uv}})}^2}---\left(1\right)$

$d_2=\sqrt[2]{{(x_2-x_{\mathrm{uv}})}^2+{(y_2-y_{\mathrm{uv}})}^2}---\left(2\right)$

$d_3=\sqrt[2]{{(x_3-x_{\mathrm{uv}})}^2+{(y_3-y_{\mathrm{uv}})}^2}---\left(3\right)$

…

$d_n=\sqrt[2]{{(x_n-x_{\mathrm{uv}})}^2+{(y_n-y_{\mathrm{uv}})}^2}---\left(4\right)$

$T_{\mathrm{uv}}=\frac{T_1/d_1+T_2/d_2+T_3/d_3+\·\·\·+T_n/d_n}{1/d_1+1/d_2+1/d_3+\·\·\·+1/d_n}---\left(5\right)$

其中，x_uv和y_uv分别为当前计算的UV点的横坐标和纵坐标；x₁,x₂,x₃…x_n、y₁以及y₂,y₃…y_n分别为给定温度点的横坐标和纵坐标；d₁,d₂,d₃…d_n为通过计算得出的每个UV点与各给定温度点的距离；T₁,T₂，T₃…T_n为给定温度点的温度值；T_uv为根据UV点与各给定温度点的距离以及给定温度点的温度值计算出的UV点的温度值。

所述步骤2中，建立与三维机房地板形状与大小均相同的平面模型，将所述平面模型与机三维机房模型重合，使其与三维机房模型的地板平行并位于地板之上，将平面模型的材质的着色器属性修改为之前编写的顶点与碎花着色器。

所述步骤3中，编写脚本，接收参数字符串，内容为数个给定温度点，每个给定温度点由分隔符隔开，所述分隔符为分号；获取给定温度点的信息，给定温度点包括坐标和温度值，坐标和温度值分别由逗号隔开；通过gameObject.render.material获取平面模型的材质对象，将接收到的字符串传递进顶点与碎花着色器，顶点与碎花着色器在运行时对参数进行处理和相应的计算。

步骤4中，编写JS或C#脚本，获取动态温度数据，并传递给顶点与碎花着色器，计算机对场景进行实时渲染，渲染过程中计算机根据着色器进行各UV点的温度数据的计算与映射，最终生成温场效果。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

步骤1：编写Unity3D着色器；

步骤2：建立与三维机房地板相同的平面模型；

步骤3：编写脚本实时修改Unity3D着色器的属性；

步骤4：对场景进行实时渲染，生成温场效果。

2.根据权利要求1所述的基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果的方法，其特征在于：所述步骤1中，用户通过添加参数解析函数、UV计算函数和颜色映射函数，接收外部参数，并通过参数解析函数对外部参数进行解析，最后计算各UV点的温度值，并通过颜色值展现计算出的温度值，即完成Unity3D着色器的编写。

3.根据权利要求2所述的基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果的方法，其特征在于：对外部参数进行解析过程为：接收参数字符串，内容为多个温度点，每个温度点由分隔符分号隔开，温度点包含的数据有坐标和温度值，由逗号隔开，Unity3D着色器对参数进行处理，得出温度点的数量、位置及温度值，用以计算各UV点的温度值。

4.根据权利要求2或3所述的基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果的方法，其特征在于：根据各UV点与给定温度点的距离，通过二维线性插值法计算各UV点的温度值；

$d_1=\sqrt[2]{{(x_1-x_{\mathrm{uv}})}^2+{(y_1-y_{\mathrm{uv}})}^2}---\left(1\right)$

$d_2=\sqrt[2]{{(x_2-x_{\mathrm{uv}})}^2+{(y_2-y_{\mathrm{uv}})}^2}---\left(2\right)$

$d_3=\sqrt[2]{{(x_3-x_{\mathrm{uv}})}^2+{(y_3-y_{\mathrm{uv}})}^2}---\left(3\right)$

…

$d_n=\sqrt[2]{{(x_n-x_{\mathrm{uv}})}^2+{(y_n-y_{\mathrm{uv}})}^2}---\left(4\right)$

$T_{\mathrm{uv}}=\frac{T_1/d_1+T_2/d_2+T_3/d_3+\·\·\·+T_n/d_n}{1/d_1+1/d_2+1/d_3+\·\·\·+1/d_n}---\left(5\right)$

其中，x_uv和y_uv分别为当前计算的UV点的横坐标和纵坐标；x₁,x₂,x₃…x_n、y₁以及y₂,y₃…y_n分别为给定温度点的横坐标和纵坐标；d₁,d₂,d₃…d_n为通过计算得出的每个UV点与各给定温度点的距离；T₁,T₂，T₃…T_n为给定温度点的温度值；T_uv为根据UV点与各给定温度点的距离以及给定温度点的温度值计算出的UV点的温度值。

5.根据权利要求1所述的基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果的方法，其特征在于：所述步骤2中，建立与三维机房地板形状与大小均相同的平面模型，将所述平面模型与机三维机房模型重合，使其与三维机房模型的地板平行并位于地板之上，将平面模型的材质的着色器属性修改为之前编写的Unity3D着色器。

6.根据权利要求1所述的基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果的方法，其特征在于：所述步骤3中，编写脚本，接收参数字符串，内容为数个给定温度点，每个给定温度点由分隔符隔开，所述分隔符为分号；获取给定温度点的信息，给定温度点包括坐标和温度值，坐标和温度值分别由逗号隔开；通过gameObject.render.material获取平面模型的材质对象，将接收到的字符串传递进Unity3D着色器，Unity3D着色器在运行时对参数进行处理和相应的计算。

7.根据权利要求1所述的基于Unity3D着色器实现三维机房实时温场效果的方法，其特征在于：步骤4中，编写JS或C#脚本，获取动态温度数据，并传递给所述Unity3D着色器，计算机对场景进行实时渲染，渲染过程中计算机根据着色器进行各UV点的温度数据的计算与映射，最终生成温场效果。

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