CN103544727A - 一种基于预测分支的场景渲染优化方法、系统和移动终端 - Google Patents
一种基于预测分支的场景渲染优化方法、系统和移动终端 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于预测分支的场景渲染优化方法、系统和移动终端。首先，构建场景模型文件，对场景模型文件进行分层，并按照分层后的场景模型组织渲染节点；然后，采用自顶层向下的流式更新方式对所有渲染节点进行第一帧渲染；从第二帧渲染开始，将动画更新动作和镜头更新动作改变了的渲染节点放入更新队列；再将没有被裁剪掉的渲染节点添加到渲染队列中；最后，对所述渲染队列中的渲染节点进行渲染。其无需对场景模型进行完整渲染，只需针对被动画更新动作和镜头更新动作更改了的渲染节点进行渲染，从而在不失渲染效果的同时，提高场景渲染效率；另外，还降低了嵌入式系统计算负担，使得上层应用更加关注逻辑，提高了嵌入式系统执行的效率。
Description
技术领域
本发明涉及场景渲染技术领域，尤其涉及一种基于预测分支的场景渲染优化方法、系统和移动终端。
背景技术
随着IPhone、IPad的普及流行，3D UI（UserInterface 用户界面）逐渐流行起来，从2D的视觉效果逐渐向3D过度，3D UI大大增强了用户的视觉效果、操作体验，而且更人性化、更贴近现实。
然而，在追求视觉效果的同时，另外非常值得关注的地方就是3D绘制的效率问题，3D意味着比2D要更多的计算量，越精致的3D场景模型，其面数、材质、灯光参数越高，本身的渲染数据量已经很大了，当需要修改原模型的任何一个部分或者调整模型的任何一个参数，都需要进行完整模型的再渲染，如此一来，每修改一点都需要消耗相同的渲染时间，渲染时间过程较长，效率低下；同时，对嵌入式系统有限的资源而言，其计算量过大，成为渲染的瓶颈。
有鉴于此，如何在不失效果的同时提高绘制效率成为3D场景渲染的一个重要研究方向。
发明内容
鉴于现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种基于预测分支的场景渲染优化方法、系统和移动终端。旨在解决现有场景渲染技术中需要修改场景模型的任何一个部分或者调整模型的任何一个参数，都需要进行完整模型的再渲染，从而造成的效率低下的问题。
本发明的技术方案如下：
一种基于预测分支的场景渲染优化方法，其中，包括以下步骤：
A、构建场景模型文件，对场景模型文件进行分层，并按照分层后的场景模型组织渲染节点；
B、进行第一帧渲染时，采用自顶层向下的流式更新方式对所有渲染节点进行渲染；
C、从第二帧渲染开始，监听场景模型中的动画更新动作和镜头更新动作，将动画更新动作和镜头更新动作改变了的渲染节点及所述渲染节点下的下层所有渲染节点放入更新队列；
D、遍历所述更新队列，按照局部自顶层向下更新渲染节点的位置和裁剪属性，若所述渲染节点没有被裁剪掉，则将所述渲染节点添加到渲染队列中；
E、对所述渲染队列中的渲染节点进行渲染。
所述的基于预测分支的场景渲染优化方法，其中，所述步骤B中，对所有渲染节点进行更新具体包括以下步骤：
B1、从场景模型的根节点到每一个子节点依次进行更新，计算每一节点对应的物体的位置，并对所述物体进行放缩和旋转处理；
B2、自顶层向下判断每一物体是否被裁剪，若是则进行步骤B3，否则不进行渲染；
B3、将裁剪过后的物体送入渲染管线进行渲染。
所述的基于预测分支的场景渲染优化方法，其中，所述步骤A中还包括：
对每个渲染节点进行初始化，设置渲染节点的裁剪属性和更新属性，所述裁剪属性进一步包括是否进行裁剪和是否裁减掉。
所述的基于预测分支的场景渲染优化方法，其中，所述步骤C中具体包括：从第二帧渲染开始，监听场景模型中的动画更新动作和镜头更新动作，如果动画更新动作和镜头更新动作更改了渲染节点，先判断新修改的值与目前的值是否相等：如果相等，则不进行任何标记操作；否则将渲染节点及所述渲染节点下的下层所有渲染节点放入更新队列。
所述的基于预测分支的场景渲染优化方法，其中，所述步骤D中更新渲染节点的裁剪属性包括：
先裁剪父节点对应的物体的包围盒，如果渲染节点对应的物体被裁剪掉，则对渲染节点进行裁剪；以渲染节点为父节点的所有子节点不进行裁剪。
一种基于预测分支的场景渲染优化系统，其中，包括：
场景构建单元，用于构建场景模型文件，对场景模型文件进行分层，并按照分层后的场景模型组织渲染节点；
第一帧渲染单元，用于进行第一帧渲染时，采用自顶层向下的流式更新方式对所有渲染节点进行渲染；
更新单元，用于从第二帧渲染开始，监听场景模型中的动画更新动作和镜头更新动作，将动画更新动作和镜头更新动作改变了的渲染节点及所述渲染节点下的下层所有渲染节点放入更新队列；
裁剪单元，用于遍历所述更新队列，按照局部自顶层向下更新渲染节点的位置和裁剪属性，若所述渲染节点没有被裁剪掉，则将所述渲染节点添加到渲染队列中；
渲染单元，用于对所述渲染队列中的渲染节点进行渲染。
所述的基于预测分支的场景渲染优化系统，其中，所述场景构建单元中还包括：
对每个渲染节点进行初始化，设置渲染节点的裁剪属性和更新属性，所述裁剪属性进一步包括是否进行裁剪和是否裁减掉。
所述的基于预测分支的场景渲染优化系统，其中，所述裁剪单元中更新渲染节点的裁剪属性包括：
先裁剪父节点对应的物体的包围盒，如果渲染节点对应的物体被裁剪掉，则对渲染节点进行裁剪；以渲染节点为父节点的所有子节点不进行裁剪。
一种移动终端，其中，包括上述的基于预测分支的场景渲染优化系统。
所述的移动终端，其中，移动终端为手机或平板电脑。
有益效果：
本发明的基于预测分支的场景渲染优化方法、系统和移动终端，其中，所述场景渲染优化方法无需对场景模型进行完整渲染，只需针对被动画更新动作和镜头更新动作更改了的渲染节点及其子节点进行渲染，从而在不失渲染效果的同时，提高场景渲染效率；另外，还降低了嵌入式系统计算负担，使得上层应用更加关注逻辑，提高了嵌入式系统执行的效率。
附图说明
图1为层次渲染技术中对场景模型进行分层的示意图。
图2为本发明的基于预测分支的场景渲染优化方法的流程图。
图3为本发明的基于预测分支的场景渲染优化方法的实施例中对场景模型进行裁剪的示意图。
图4为本发明的基于预测分支的场景渲染优化方法的实施例中父物体包围盒和子物体初始状态的示意图。
图5为本发明的基于预测分支的场景渲染优化方法的实施例中父物体包围盒和子物体进行包围盒更新后的示意图。
图6为本发明的基于预测分支的场景渲染优化系统的结构框图。
具体实施方式
本发明提供一种基于预测分支的场景渲染优化方法、系统和移动终端，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
因为，本发明的场景渲染是采用层次渲染技术，为了方便理解，在介绍本方案前，先介绍一下层次渲染技术的原理：
层次渲染技术的渲染原理是在构建场景模型时，对场景模型文件进行分层处理，如图1所示，所述场景模型包括一根节点，所述根节点为基于世界绝对坐标系下，UI场景的容器，用于存放父物件的集合。所述根节点下存放有若干个父物体，所述父物体均包括有子物体，需要注意地是，父物体可以递归，只要有子物体就可作为父物件。
层次渲染系统的更新是一种自顶向下的流式更新方式，从场景的根节点（也就是所有物体的根）到每一个子节点，都会更新一遍，计算每一子节点对应的物体绝对位置、放缩和旋转等；然后自顶向下判断每一个物体是否被裁剪，最后将裁减过后的节点送入渲染管线进行渲染。
请参阅图2，其为本发明的基于预测分支的场景渲染优化方法的流程图。所述基于预测分支的场景渲染优化方法，如图2所示，包括以下步骤：
S1、构建场景模型文件，对场景模型文件进行分层，并按照分层后的场景模型组织渲染节点；
S2、进行第一帧渲染时，采用自顶层向下的流式更新方式对所有渲染节点进行渲染；
S3、从第二帧渲染开始，监听场景模型中的动画更新动作和镜头更新动作，将动画更新动作和镜头更新动作改变了的渲染节点及所述渲染节点下的下层所有渲染节点放入更新队列；
S4、遍历所述更新队列，按照局部自顶层向下更新渲染节点的位置和裁剪属性，若所述渲染节点没有被裁剪掉，则将所述渲染节点添加到渲染队列中；
S5、对所述渲染队列中的渲染节点进行渲染。
下面分别针对上述步骤进行详细描述：
所述步骤S1为构建场景模型文件，对场景模型文件进行分层，并按照分层后的场景模型组织渲染节点。其分层方法和渲染节点的生成方法为现有技术，这里就不多做赘述。
进一步地，在所述步骤S1中，还可以对每个渲染节点进行初始化，设置渲染节点的裁剪属性和更新属性，所述裁剪属性进一步包括是否进行裁剪和是否裁减掉。更新属性采用布尔型UPDATE参数标识，UPDATE为TRUE时表示需要更新，为FALSE时表示不需要更新；裁剪属性采用ISUPDATECULLED和ISCULLED参数标识，ISUPDATECULLED为TRUE时表示需要裁剪（即该阶段需要执行裁剪测试），ISUPDATECULLED为FALSE时表示不需要裁剪，ISCULLED为TRUE时表示已经被裁剪掉（执行裁剪测试后的结果），ISCULLED为FALSE时表示没有被裁剪掉。具体来说，即新建每个场景渲染节点后，初始化UPDATE、ISUPDATECULLED以及ISCULLED为FALSE；上述设定表示初始化节点需要投入队列中，进行初始的位置更新和裁剪操作；这样做的好处是，有利于第一次场景层次化的构建。
所述步骤S2为进行第一帧渲染时，采用自顶层向下的流式更新方式对所有渲染节点进行渲染。因为是进行第一帧画面的渲染，需要对所有渲染节点进行渲染。在本实施例中，对所有渲染节点进行更新具体包括以下步骤：
S21、从场景模型的根节点到每一个子节点依次进行更新，计算每一节点对应的物体的位置，并对所述物体进行放缩和旋转处理；
S22、自顶层向下判断每一物体是否被裁剪，若是则进行步骤S23，否则不进行渲染；在 3D渲染系统中提高性能的最重要的一项就是裁剪，将视口看不到物体裁剪掉，不投入绘制管线中进行渲染。
S23、将裁剪过后的物体送入渲染管线进行渲染。
在所述步骤S22中，裁剪包括平行投影裁剪和透视投影裁剪。在层次化渲染结构中，每帧更新时都会与视口进行做裁剪测试，正投影（即平行投影）采用的是包围盒测试，透视投影采用的视景体裁剪，需要将物体与六个面求交，运算量较大，是渲染的一个瓶颈。如图3所示，当某一父物体被裁剪后（图中用 
号表示），其下层的子物体则不再进行渲染处理；当然，子物体被裁剪后，其本身也无需再进行渲染了。
所述步骤S23为将裁剪过后的物体送入渲染管线进行渲染。其包括：模型视觉变换、光照计算、光栅化处理和Alpha测试等，因其为现有技术，这里就不多做赘述了。
当第一帧渲染完成后，便进行步骤S3、从第二帧渲染开始，监听场景模型中的动画更新动作和镜头更新动作，将动画更新动作和镜头更新动作改变了的渲染节点及所述渲染节点下的下层所有渲染节点放入更新队列。即从第二帧开始，场景模型中没有事件触发动画或镜头移动的，则场景模型中的所有物体全部不进行位置更新和裁剪判断。如果有则将改变了的渲染节点及所述渲染节点下的下层所有渲染节点放入更新队列。
所述步骤S3具体为从第二帧渲染开始，监听场景模型中的动画更新动作和镜头更新动作，如果动画更新动作和镜头更新动作更改了渲染节点，先判断新修改的值与目前的值是否相等：如果相等，则不进行任何标记操作；否则将渲染节点及所述渲染节点下的下层所有渲染节点放入更新队列（在本实施例中，将位置和裁剪属性修改为新值，标记当前分支为需要更新UPDATE为TRUE，需要检测裁剪ISUPDATECULLED为TRUE，并将自己的子节点递归标识；将需要分支标识的渲染节点加入更新队列）。
进一步地，当镜头更新动作更改了渲染节点后，要对场景模型中父类全部的包围盒进行裁剪更新，而本身的位置却不需要更新。
所述步骤S4为遍历所述更新队列，按照局部自顶层向下更新渲染节点的位置和裁剪属性，若所述渲染节点没有被裁剪掉，则将所述渲染节点添加到渲染队列中。其中，父物体包围盒的更新可以参见图4和图5（应当理解，其渲染场景应当为屏幕可显示区域），如图4所示，其包括：父物体初始包围盒、第一子物体、第二子物体和第三子物体，其中，所述父物体初始包围盒为1,1,1大小（即长宽高各为1）。然后添加子节点，对父节点进行包围盒更新，更新后的状态如图5所示。
进一步地，更新渲染节点的裁剪属性包括：先裁剪父节点对应的物体的包围盒，如果渲染节点对应的物体被裁剪掉，则对渲染节点进行裁剪；而以渲染节点为父节点的所有子节点不进行裁剪。简单来说，如果某一渲染节点对应的 被裁减掉了，则其子节点上的物体也应当被裁减掉，而无需对其进行再次裁剪处理。这样可以有效减少裁剪次数，提高效率。
最后，步骤S5为对所述渲染队列中的渲染节点进行渲染。至于渲染的细节，如模型视觉变换、光照计算、光栅化处理和Alpha测试等，这里就不多做赘述了。
本发明还提供了一种基于预测分支的场景渲染优化系统，如图6所示，所述场景渲染优化系统包括：
场景构建单元100，用于构建场景模型文件，对场景模型文件进行分层，并按照分层后的场景模型组织渲染节点；
第一帧渲染单元200，用于进行第一帧渲染时，采用自顶层向下的流式更新方式对所有渲染节点进行渲染；
更新单元300，用于从第二帧渲染开始，监听场景模型中的动画更新动作和镜头更新动作，将动画更新动作和镜头更新动作改变了的渲染节点及所述渲染节点下的下层所有渲染节点放入更新队列；
裁剪单元400，用于遍历所述更新队列，按照局部自顶层向下更新渲染节点的位置和裁剪属性，若所述渲染节点没有被裁剪掉，则将所述渲染节点添加到渲染队列中；
渲染单元500，用于对所述渲染队列中的渲染节点进行渲染。
上述系统中各个部分的功能都已经在上述方法中进行了详细介绍，这里就不再冗述了。
进一步地，所述场景构建单元100中还包括：对每个渲染节点进行初始化，设置渲染节点的裁剪属性和更新属性，所述裁剪属性进一步包括是否进行裁剪和是否裁减掉。
更进一步地，所述裁剪单元中更新渲染节点的裁剪属性包括：先裁剪父节点对应的物体的包围盒，如果渲染节点对应的物体被裁剪掉，则对渲染节点进行裁剪；以渲染节点为父节点的所有子节点不进行裁剪。
另外，本发明还提供了一种移动终端（如手机、平板电脑等），其设置有上述的基于预测分支的场景渲染优化系统，令用户可以使用其对移动终端的3D显示界面进行渲染，在不失渲染效果的同时，提高场景渲染效率；另外，还降低了移动终端上的CPU的计算负担，提高了嵌入式系统执行的效率。
综上所述，本发明的基于预测分支的场景渲染优化方法、系统和移动终端，其中，所述场景渲染优化方法包括以下步骤：首先，构建场景模型文件，对场景模型文件进行分层，并按照分层后的场景模型组织渲染节点；然后，采用自顶层向下的流式更新方式对所有渲染节点进行第一帧渲染；从第二帧渲染开始，监听场景模型中的动画更新动作和镜头更新动作，将动画更新动作和镜头更新动作改变了的渲染节点及所述渲染节点下的下层所有渲染节点放入更新队列；再遍历所述更新队列，按照局部自顶层向下更新渲染节点的位置和裁剪属性，若所述渲染节点没有被裁剪掉，则将所述渲染节点添加到渲染队列中；最后，对所述渲染队列中的渲染节点进行渲染。其无需对场景模型进行完整渲染，只需针对被动画更新动作和镜头更新动作更改了的渲染节点及其子节点进行渲染，从而在不失渲染效果的同时，提高场景渲染效率；另外，还降低了嵌入式系统计算负担，使得上层应用更加关注逻辑，提高了嵌入式系统执行的效率。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，如采用不同的渲染手段等，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于预测分支的场景渲染优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、构建场景模型文件，对场景模型文件进行分层，并按照分层后的场景模型组织渲染节点；
B、进行第一帧渲染时，采用自顶层向下的流式更新方式对所有渲染节点进行渲染；
C、从第二帧渲染开始，监听场景模型中的动画更新动作和镜头更新动作，将动画更新动作和镜头更新动作改变了的渲染节点及所述渲染节点下的下层所有渲染节点放入更新队列；
D、遍历所述更新队列，按照局部自顶层向下更新渲染节点的位置和裁剪属性，若所述渲染节点没有被裁剪掉，则将所述渲染节点添加到渲染队列中；
E、对所述渲染队列中的渲染节点进行渲染。
2.根据权利要求1所述的基于预测分支的场景渲染优化方法，其特征在于，所述步骤B中，对所有渲染节点进行更新具体包括以下步骤：
B1、从场景模型的根节点到每一个子节点依次进行更新，计算每一节点对应的物体的位置，并对所述物体进行放缩和旋转处理；
B2、自顶层向下判断每一物体是否被裁剪，若是则进行步骤B3，否则不进行渲染；
B3、将裁剪过后的物体送入渲染管线进行渲染。
3.根据权利要求1所述的基于预测分支的场景渲染优化方法，其特征在于，所述步骤A中还包括：
对每个渲染节点进行初始化，设置渲染节点的裁剪属性和更新属性，所述裁剪属性进一步包括是否进行裁剪和是否裁减掉。
4.根据权利要求1所述的基于预测分支的场景渲染优化方法，其特征在于，所述步骤C中具体包括：从第二帧渲染开始，监听场景模型中的动画更新动作和镜头更新动作，如果动画更新动作和镜头更新动作更改了渲染节点，先判断新修改的值与目前的值是否相等：如果相等，则不进行任何标记操作；否则将渲染节点及所述渲染节点下的下层所有渲染节点放入更新队列。
5.根据权利要求1所述的基于预测分支的场景渲染优化方法，其特征在于，所述步骤D中更新渲染节点的裁剪属性包括：
先裁剪父节点对应的物体的包围盒，如果渲染节点对应的物体被裁剪掉，则对渲染节点进行裁剪；以渲染节点为父节点的所有子节点不进行裁剪。
6.一种基于预测分支的场景渲染优化系统，其特征在于，包括：
场景构建单元，用于构建场景模型文件，对场景模型文件进行分层，并按照分层后的场景模型组织渲染节点；
第一帧渲染单元，用于进行第一帧渲染时，采用自顶层向下的流式更新方式对所有渲染节点进行渲染；
更新单元，用于从第二帧渲染开始，监听场景模型中的动画更新动作和镜头更新动作，将动画更新动作和镜头更新动作改变了的渲染节点及所述渲染节点下的下层所有渲染节点放入更新队列；
裁剪单元，用于遍历所述更新队列，按照局部自顶层向下更新渲染节点的位置和裁剪属性，若所述渲染节点没有被裁剪掉，则将所述渲染节点添加到渲染队列中；
渲染单元，用于对所述渲染队列中的渲染节点进行渲染。
7.根据权利要求6所述的基于预测分支的场景渲染优化系统，其特征在于，所述场景构建单元中还包括：
对每个渲染节点进行初始化，设置渲染节点的裁剪属性和更新属性，所述裁剪属性进一步包括是否进行裁剪和是否裁减掉。
8.根据权利要求6所述的基于预测分支的场景渲染优化系统，其特征在于，所述裁剪单元中更新渲染节点的裁剪属性包括：
先裁剪父节点对应的物体的包围盒，如果渲染节点对应的物体被裁剪掉，则对渲染节点进行裁剪；而以渲染节点为父节点的所有子节点不进行裁剪。
9.一种移动终端，其特征在于，包括权利要求6所述的基于预测分支的场景渲染优化系统。
10.根据权利要求9所述的移动终端，其特征在于，移动终端为手机或平板电脑。
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