CN103578129A - 一种三维场景物理渲染方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三维场景物理渲染方法和装置，其中所述方法包括：将光线明暗过渡参数预设为固定值；根据场景中可见的物体数量和光源数量，设置场景的质量等级参数；根据场景所需的平滑效果，设置场景的平滑处理参数；根据场景的色彩明暗，设置光源参数；根据所述明暗过渡参数、质量等级参数、平滑处理参数和光源参数对所述场景进行渲染。本发明在保证渲染效果的同时大幅减少渲染时间，极大地提高了渲染效率。

Description

一种三维场景物理渲染方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机图形处理技术领域，具体涉及一种三维场景物理渲染方法和装置。

背景技术

渲染（Render）在计算机图形处理中，是指从模型生成图像的过程，其中模型是用严格定义的语言或者数据结构对于三维物体的描述，它包括几何、视点、纹理以及照明信息。图像是数字图像或者位图图像。

目前，基于物理方法的体渲染技术（Physically Based Rendering Techniques，简称PBRT）已经成为图形处理方面研究的重点之一。物理渲染技术是一个基于真实光线物理特性的全新渲染引擎，其按照完全精确的算法和公式来重现光线的行为，可以记录场景内所有元素之间相互影响的信息，并且所有的光线计算都是使用光谱信息和高动态区域数据来执行的，能够用于渲染更加真实的静态光照和实现各种光源的遮蔽效果，以实现照片级别的图像效果。

但是，市面上常见的渲染器（例如3DMAX）为了得到比较精细的渲染画面，总是默认渲染场景中所有的物体和光源，而不考虑这些物体和光源是否都能够被看见，这样就导致常常需要耗费大量的时间进行渲染操作，有时甚至需要几天才能渲染得到一个三维场景。渲染效率低下已经成为限制物理渲染技术发展的一大问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提出一种三维场景物理渲染方法和装置，在保证渲染效果的同时大幅减少渲染时间，极大地提高了渲染效率。

本发明实施例公开了一种三维场景物理渲染方法，包括：

将光线明暗过渡参数预设为固定值；

根据场景中可见的物体数量和光源数量，设置场景的质量等级参数；

根据场景所需的平滑效果，设置场景的平滑处理参数；

根据场景的色彩明暗，设置光源参数；

根据所述明暗过渡参数、质量等级参数、平滑处理参数和光源参数对所述场景进行渲染。

进一步地，在根据所述明暗过渡参数、质量等级参数、平滑处理参数和光源参数对所述场景进行渲染之前，还包括：

根据场景的质量要求，设置采样质量参数；

根据场景的背面渲染需求，设置背面渲染参数；

则所述根据所述明暗过渡参数、质量等级参数、平滑处理参数和光源参数对所述场景进行渲染，进一步包括根据所述采样质量参数和背面渲染参数对所述场景进行渲染。

进一步地，所述明暗过渡参数包括：高斯模糊参数、光晕参数和伽马校正参数。

进一步地，所述根据场景的色彩明暗，设置光源参数具体包括：

根据场景的明暗程度，设置光源的强度参数；

根据场景的色彩层次，设置光源的饱和度参数；

根据场景的明暗层次，设置光源的对比度参数；

根据光源对周围环境的能量影响，设置光源的辐射度参数。

进一步地，所述平滑处理参数包括：1倍、2倍、2倍平滑、4倍或4倍平滑。

本发明实施例还公开了一种三维场景物理渲染装置，包括：

明暗过渡预设单元，用于将光线明暗过渡参数预设为固定值；

质量等级设置单元，用于根据场景中可见的物体数量和光源数量，设置场景的质量等级参数；

平滑处理设置单元，用于根据场景所需的平滑效果，设置场景的平滑处理参数；

光源设置单元，用于根据场景的色彩明暗，设置光源参数

渲染单元，用于根据所述明暗过渡参数、质量等级参数、平滑处理参数和光源参数对所述场景进行渲染。

进一步地，所述三维场景物理渲染装置还包括：

采样质量设置单元，用于根据场景的质量要求，设置采样质量参数；

背面渲染设置单元，用于根据场景的背面渲染需求，设置背面渲染参数；

则所述渲染单元进一步用于根据所述采样质量参数和背面渲染参数对所述场景进行渲染。

进一步地，所述明暗过渡参数包括：高斯模糊参数、光晕参数和伽马校正参数。

进一步地，所述光源设置单元还包括：

光源强度设置单元，用于根据场景的明暗程度，设置光源的强度参数；

光源饱和度设置单元，用于根据场景的色彩层次，设置光源的饱和度参数；

光源对比度设置单元，用于根据场景的明暗层次，设置光源的对比度参数；

光源辐射度设置单元，用于根据光源对周围环境的能量影响，设置光源的辐射度参数；

进一步地，所述平滑处理参数包括：1倍、2倍、2倍平滑、4倍或4倍平滑。

本发明实施例通过预设部分渲染参数，并且根据场景内可见的物体数量和光源数量设置场景的质量等级参数，使得在对场景进行渲染时只渲染可见的物体和光源，而忽略那些不可见的物体和光源，从而大幅缩减了渲染时间，提高了渲染效率。

附图说明

图1是本发明第一实施例的三维场景物理渲染方法的流程图。

图2是本发明第二实施例的三维场景物理渲染方法的流程图。

图3是本发明第三实施例的三维场景物理渲染装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。

图1是本发明第一实施例的三维场景物理渲染方法的流程图。如图1所示，本实施例公开了一种三维场景物理渲染方法，包括：

步骤110、将光线明暗过渡参数预设为固定值。

所述明暗过渡参数主要用于计算场景中明暗交界处的光线过渡效果。在本实施例中，所述明暗过渡参数可以包括高斯模糊参数、光晕参数和伽马校正参数。所述高斯模糊参数用来作为高斯模糊效果的调节因子，高斯模糊也叫高斯平滑，通常用来减少图像噪声以及降低细节层次。所述光晕参数用于调节场景中的光晕效果，光晕效果可以在场景中形成各种光斑和发光发热效果。所述伽马校正参数主要用于伽马校正，以防止由于光线过强导致的场景中物体纹理不清晰的问题。

在本实施例中，所述高斯模糊参数、光晕参数和伽马校正参数都可以预设为固定值，其中所述高斯模糊参数可以预设为0.25，所述光晕参数可以预设为4.0，所述伽马校正参数可以预设为2.0。

步骤120、根据场景中可见的物体数量和光源数量，设置场景的质量等级参数。

所述质量等级参数可以分为高、中、低三档，具体地说，对于一个非常大的场景（例如最远距离＞2000米），这种高中低的设置其实就是对所述场景的一个屏幕截体的设置，如果屏幕截体的最远距离比较远（例如2000米），此时屏幕截体内就可以看见2000米范围内的物体和光源，那么物体数量和光源数量都很多，则将此时的质量等级参数设置为高，相反地，如果屏幕截体的最远距离比较近（例如500米），那么此时屏幕截体内的物体数量和光源数量都很少，则将此时的质量等级参数设置为低，同样，如果屏幕截体的最远距离适中（例如1000米），那么此时屏幕截体内的物体数量和光源数量在很多和很少之间，则将此时的质量等级参数设置为中。

所述质量等级越高，场景内的物体和光源也就越多，需要的渲染时间也越长。

步骤130、根据场景所需的平滑效果，设置场景的平滑处理参数。

具体地，在场景中的宽大区域、低频成分、主干部分或抑制图像噪声和干扰高频成分，普遍存在图像亮度突变的情况。为了使得场景中亮度平缓渐变，减小突变梯度，改善图像质量，需要根据场景所需的平滑效果，设置场景的平滑处理参数。

所述平滑处理参数包括1倍、2倍、2倍平滑、4倍或4倍平滑。当所述平滑处理参数设置为1倍时，表示不做平滑处理；当所述平滑处理参数设置为2倍时，表示对场景中相邻的2个像素做线性插值平滑；当所述平滑处理参数设置为2倍平滑时，表示对场景中相邻的2个像素做2次插值平滑；当所述平滑处理参数设置为4倍时，表示对场景中相邻的4个像素做线性插值平滑；当所述平滑处理参数设置为4倍平滑时，表示对场景中相邻的4个像素做2次插值平滑。

步骤140、根据场景的色彩明暗，设置光源参数。

具体地，可以根据场景色彩鲜艳程度、色彩变化、明暗变化，设置场景中光源的参数，其中，所述光源参数可以包括光源的强度、饱和度、对比度和辐射度等参数。

步骤150、根据所述明暗过渡参数、质量等级参数、平滑处理参数和光源参数对所述场景进行渲染。

具体地，在对场景进行渲染的过程中，根据所述明暗过渡参数渲染场景中明暗交界处的光线过渡效果，根据所述质量等级参数渲染场景中可见的物体和光源，根据所述平滑处理参数对场景进行平滑处理，并且根据所述光源参数配置场景中的光源效果，最终得到渲染后的三维场景。

本发明第一实施例通过预设部分渲染参数，并且根据场景内可见的物体数量和光源数量设置场景的质量等级参数，使得在对场景进行渲染时只渲染可见的物体和光源，而忽略那些不可见的物体和光源，从而大幅缩减了渲染时间，提高了渲染效率。

图2是本发明第二实施例的三维场景物理渲染方法的流程图。如图2所示，本实施例公开了一种三维场景物理渲染方法，包括：

步骤210、将光线明暗过渡参数预设为固定值。

步骤220、根据场景中可见的物体数量和光源数量，设置场景的质量等级参数。

步骤230、根据场景所需的平滑效果，设置场景的平滑处理参数。

步骤240、根据场景的色彩明暗，设置光源参数。在本实施例中，所述步骤240具体包括：

步骤241、根据场景的明暗程度，设置光源的强度参数。

所述光源的强度参数用来表示光源的发光强度，所述发光强度是衡量光源发光强弱程度的物理量，如果发光强度大，则场景更亮，反之则场景更暗。在本实施例中，所述光源的强度参数可以在0～100之间变化，数值越大，则发光强度越大。

步骤242、根据场景的色彩层次，设置光源的饱和度参数。

所述光源的饱和度参数用来表示场景的色彩层次，即光线的彩色深浅度或鲜艳度，饱和度越高则色彩越鲜艳，饱和度越低则色彩越灰暗。在本实施例中，所述光源的饱和度参数可以在0～100之间变化，数值越大，则饱和度越高。

步骤243、根据场景的明暗层次，设置光源的对比度参数。

所述光源的对比度参数用来表示场景的明暗层次，对比度是画面黑与白的比值，也就是从黑到白的渐变层次，比值越大，从黑到白的渐变层次就越多，从而色彩表现越丰富。在本实施例中，所述光源的对比度参数可以在0～100之间变化，数值越大，则对比度越高。

步骤244、根据光源对周围环境的能量影响，设置光源的辐射度参数。

所述光源的辐射度参数用来表示光源对周围环境的影响力，单位时间内在单位面积上向空间辐射的光能被称为辐射度，射度算法的基础是热力工程学，它完全遵守能量守恒定律。在本实施例中，所述光源的辐射度参数可以在0～100之间变化，数值越大，则对周围环境的能量影响越大。

步骤250、根据场景的质量要求，设置采样质量参数。

具体地，采样就是指图像在空间上的离散化处理，即使空间上连续变化的图像离散化。采样后得到的二维离散数据的最小单位就是像素，采样密度和采样频率都直接影响图像质量的好坏。在本实施例中，所述采样质量参数可以在0～100之间变化，数值越大，则对采样质量越好。

步骤260、根据场景的背面渲染需求，设置背面渲染参数。

具体地，所述背面渲染参数可以是一个开关设置，如果只需要渲染场景正面时就可以设置所述开关为关闭，如果需要渲染场景正面和反面，就可以设置所述开关为打开。

步骤270、根据所述明暗过渡参数、质量等级参数、平滑处理参数、强度参数、饱和度参数、对比度参数、辐射度参数、采样质量参数和背面渲染参数对所述场景进行渲染。

具体地，在对场景进行渲染的过程中，根据所述明暗过渡参数渲染场景中明暗交界处的光线过渡效果，根据所述质量等级参数渲染场景中可见的物体和光源，根据所述平滑处理参数对场景进行平滑处理，根据所述强度参数配置场景中的光源的发光强度，根据所述饱和度参数渲染场景中的色彩层次，根据所述对比度参数渲染场景中的明暗层次，根据所述辐射度参数渲染场景中的光源对周围环境的能量影响。在对场景进行渲染的过程中，还进一步包括根据所述采样质量参数控制图像的采用质量，根据所述背面渲染参数的开关选择是否计算场景背面的光线，最终得到渲染后的三维场景。

与本发明第一实施例相比，本发明第二实施例进一步设置采样质量参数和背面渲染参数用于场景渲染操作，所述采样质量参数可以进一步优化渲染效果，同时所述将背面渲染参数只在需要时开启，可以进一步缩短渲染时间，因此从整体上进一步提高了渲染的效率。

图3是本发明第三实施例的三维场景物理渲染装置的结构示意图。如图2所示，本实施例公开了一种三维场景物理渲染装置，包括：

明暗过渡预设单元310，用于将光线明暗过渡参数预设为固定值；

质量等级设置单元320，用于根据场景中可见的物体数量和光源数量，设置场景的质量等级参数；

平滑处理设置单元330，用于根据场景所需的平滑效果，设置场景的平滑处理参数；

光源设置单元340，用于根据场景的色彩明暗，设置光源参数。

渲染单元350，用于根据所述明暗过渡参数、质量等级参数、平滑处理参数、和光源参数对所述场景进行渲染。

其中，光源设置单元340具体可包括光源强度设置单元341、光源饱和度设置单元342、光源对比度设置单元343和光源辐射度设置单元344。光源强度设置单元341，用于根据场景的明暗程度，设置光源的强度参数；光源饱和度设置单元342，用于根据场景的色彩层次，设置光源的饱和度参数；光源对比度设置单元343，用于根据场景的明暗层次，设置光源的对比度参数；光源辐射度设置单元344，用于根据光源对周围环境的能量影响，设置光源的辐射度参数。也就是说，所述光源参数包括光源的强度参数、饱和度参数、对比度参数和辐射度参数。

在本实施例的一个优选实施方式中所述三维场景物理渲染装置还包括：

采样质量设置单元360，用于根据场景的质量要求，设置采样质量参数；

背面渲染设置单元370，用于根据场景的背面渲染需求，设置背面渲染参数；

则所述渲染单元350进一步用于根据所述采样质量参数和背面渲染参数对所述场景进行渲染。

进一步地，所述明暗过渡参数包括：高斯模糊参数、光晕参数和伽马校正参数。

进一步地，所述平滑处理参数包括：1倍、2倍、2倍平滑、4倍或4倍平滑。

本发明第三实施例通过预设部分渲染参数，并且根据场景内可见的物体数量和光源数量设置场景的质量等级参数，使得在对场景进行渲染时只渲染可见的物体和光源，而忽略那些不可见的物体和光源，同时背面渲染参数只在需要时开启，极大的缩短了渲染时间，明显提高了渲染效率。

显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种三维场景物理渲染方法，其特征在于，包括： 

将光线明暗过渡参数预设为固定值； 

根据场景中可见的物体数量和光源数量，设置场景的质量等级参数； 

根据场景所需的平滑效果，设置场景的平滑处理参数； 

根据场景的色彩明暗，设置光源参数； 

根据所述明暗过渡参数、质量等级参数、平滑处理参数和光源参数对所述场景进行渲染。 

2.如权利要求1所述的三维场景物理渲染方法，其特征在于，在根据所述明暗过渡参数、质量等级参数、平滑处理参数和光源参数对所述场景进行渲染之前，还包括： 

根据场景的质量要求，设置采样质量参数； 

根据场景的背面渲染需求，设置背面渲染参数； 

则所述根据所述明暗过渡参数、质量等级参数、平滑处理参数和光源参数对所述场景进行渲染，进一步包括根据所述采样质量参数和背面渲染参数对所述场景进行渲染。 

3.如权利要求1或2所述的三维场景物理渲染方法，其特征在于，所述明暗过渡参数包括：高斯模糊参数、光晕参数和伽马校正参数。 

4.如权利要求1或2所述的三维场景物理渲染方法，其特征在于，所述根据场景的色彩明暗，设置光源参数具体包括： 

根据场景的明暗程度，设置光源的强度参数； 

根据场景的色彩层次，设置光源的饱和度参数； 

根据场景的明暗层次，设置光源的对比度参数； 

根据光源对周围环境的能量影响，设置光源的辐射度参数。 

5.如权利要求1或2所述的三维场景物理渲染方法，其特征在于，所述平滑处理参数包括：1倍、2倍、2倍平滑、4倍或4倍平滑。 

6.一种三维场景物理渲染装置，其特征在于，包括： 

明暗过渡预设单元，用于将光线明暗过渡参数预设为固定值； 

质量等级设置单元，用于根据场景中可见的物体数量和光源数量，设置场景的质量等级参数； 

平滑处理设置单元，用于根据场景所需的平滑效果，设置场景的平滑处理参数； 

光源设置单元，用于根据场景的色彩明暗，设置光源参数 

渲染单元，用于根据所述明暗过渡参数、质量等级参数、平滑处理参数和光源参数对所述场景进行渲染。 

7.如权利要求6所述的三维场景物理渲染装置，其特征在于，还包括： 

采样质量设置单元，用于根据场景的质量要求，设置采样质量参数； 

背面渲染设置单元，用于根据场景的背面渲染需求，设置背面渲染参数； 

则所述渲染单元进一步用于根据所述采样质量参数和背面渲染参数对所述场景进行渲染。 

8.如权利要求6或7所述的三维场景物理渲染方法，其特征在于，所述明暗过渡参数包括：高斯模糊参数、光晕参数和伽马校正参数。 

9.如权利要求6或7所述的三维场景物理渲染方法，其特征在于,所述光源设置单元包括： 

光源强度设置单元，用于根据场景的明暗程度，设置光源的强度参数； 

光源饱和度设置单元，用于根据场景的色彩层次，设置光源的饱和度参数； 

光源对比度设置单元，用于根据场景的明暗层次，设置光源的对比度参数； 

光源辐射度设置单元，用于根据光源对周围环境的能量影响，设置光源的辐射度参数。 

10.如权利要求6或7所述的三维场景物理渲染方法，其特征在于，所述平滑处理参数包括：1倍、2倍、2倍平滑、4倍或4倍平滑。 

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