CN104077741A - 一种基于渲染到纹理的三维场景无损放大方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于渲染到纹理的三维场景无损放大方法，设置放大比率，将RTT设置为目标渲染对象，将待放大的三维模型渲染到RTT上，并将RTT中的纹理作为Overlay的纹理，在屏幕上显示，从而完成无损放大过程。利用本发明提供的三维场景无损放大方法，可以对三维场景任意局部进行无损放大，放大比率可调控，同时对三维场景中待放大的模型形状无要求。

Description

一种基于渲染到纹理的三维场景无损放大方法

技术领域

本发明涉及一种基于渲染到纹理的三维场景无损放大方法，属于三维可视化领域。 

背景技术

随着计算机图形图像技术的迅速发展，对三维可视化技术的需求呈现明显的增长态势。现有技术中的三维显示软件一般显示的三维场景范围较大，包含的信息量非常庞大，三维场景中的局部细节往往是不能够完全显示出来。虽然几乎所有的三维显示软件具有场景放大缩小功能，可实现对三维视图中的全部场景进行一定程度的全体放大或缩小，但是针对局部细节的观察，通过这种方式不能达到很好的效果。如果简单的对局部的图像进行放大，没有特殊算法的优化，只相当于把较小的图像绘制在较大的空白图像上，所生成的图像不可避免的会变模糊或出现马赛克效果，这样图像的精度丢失，也达不到观察局部细节的目的。 

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种基于渲染到纹理的三维场景无损放大方法，设置放大比率，将RTT设置为目标渲染对象，将待放大的三维模型渲染到RTT上，并将RTT中的纹理作为Overlay的纹理，在屏幕上显示，从而完成无损放大过程。 

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种基于渲染到纹理的三维场景无损放大方法，所述的三维场景为待放大的三维模型，由计算机建模产生，其主场景相机的各参数已知，该方法具体包括以下步骤： 

(1)初始化： 

(1a)为三维场景创建RTT； 

(1b)为三维场景创建放大镜相机；所述的放大镜相机为放大后的三维场景的三维相机； 

(1c)设置放大比例f，通过以下公式计算放大镜相机的视域角： 

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}(\frac{1}{f}\×\tan \frac{\mathrm{\α}}{2})\×2...\left(1\right)$

其中，β为放大镜相机的视域角，α为三维场景的主场景相机的视域角，所述的主场景相机为三维场景的三维相机，主场景相机及其视域角在为三维场景建模时已确定； 

(1d)为三维场景创建用于显示放大结果的Overlay； 

(2)获取当前鼠标在显示屏上的位置P，根据主场景相机的投影矩阵计算P在三维场景中的三维坐标； 

(3)根据主场景相机在三维场景中的位置O和P的三维坐标计算向量OP的方向，得到放大镜相机的方向； 

(4)移动Overlay使其中心点与当前鼠标的坐标对齐； 

(5)将RTT设置为目标渲染对象，根据步骤(1c)所得到的视域角β和步骤(3)所得到的放大镜相机的方向设置放大镜相机，并将待放大的三维模型渲染到RTT上； 

(6)将RTT中的纹理作为Overlay的纹理，在屏幕上显示，即完成放大过程。 

步骤(1a)所述的创建RTT通过创建渲染纹理对象的方法创建。 

步骤(1d)所述的Overlay通过构建矩形图元的方法创建。 

本发明基于其技术方案所具有的有益效果在于： 

(1)随着鼠标的移动，可对三维场景任意局部进行放大； 

(2)对三维场景中待放大的模型形状无要求； 

(3)放大比率可调控； 

(4)实现三维场景无损放大。 

附图说明

图1是三维场景无损放大方法流程图。 

图2是三维场景无损放大方法原理示意图。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种基于渲染到纹理的三维场景无损放大方法，所述的三维场景为待放大的三维模型，由计算机建模产生，其主场景相机的各参数已知，结合图1，具体包括以下步骤： 

(1)初始化： 

(1a)通过创建渲染纹理对象的方法创建渲染纹理RTT； 

(1b)为三维场景创建放大镜相机；所述的放大镜相机为放大后的三维场景的三维相机； 

(1c)设置放大比例f，通过以下公式计算放大镜相机的视域角FOV： 

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}(\frac{1}{f}\×\tan \frac{\mathrm{\α}}{2})\×2...\left(1\right)$

其中，β为放大镜相机的视域角，α为三维场景的主场景相机的视域角； 

(1d)通过构建矩形图元的方法为三维场景创建用于显示放大结果的Overlay； 

(2)获取当前鼠标在显示屏上的位置P，根据主场景相机的投影矩阵计算P在三维场景中的三维坐标；所述的投影矩阵在为三维场景建模时已确定； 

(3)根据主场景相机在三维场景中的位置O和P的三维坐标计算向量OP的方向，得到放大镜相机的方向； 

(4)移动Overlay使其中心店与当前鼠标的坐标对齐； 

(5)将RTT设置为目标渲染对象，根据步骤(1c)所得到的视域角β和步骤(3)所得到的放大镜相机的方向设置放大镜相机，并将待放大的三维模型渲染到RTT上； 

(6)将RTT中的纹理作为Overlay的纹理，在屏幕上显示，即完成放大过程。 

进一步说明其原理： 

参照图2，主场景相机和放大镜相机的位置皆为O，主场景相机的视域角(FOV)为∠COD，设为α，则∠COE为放大镜相机的视域角(FOV)为∠POQ，设为β，则∠POE为其中： 

$\tan \frac{\mathrm{\α}}{2}=\frac{\mathrm{CE}}{\mathrm{OE}}...\left(2\right)$

$\tan \frac{\mathrm{\β}}{2}=\frac{\mathrm{PE}}{\mathrm{OE}}...\left(3\right)$

由公式(2)得： 

$\mathrm{OE}=\frac{\mathrm{CE}}{\tan \frac{\mathrm{\α}}{2}}...\left(4\right)$

公式(4)代入公式(3)得： 

$\tan \frac{\mathrm{\β}}{2}=\frac{\mathrm{PE}\×\tan \frac{\mathrm{\α}}{2}}{\mathrm{CE}}...\left(5\right)$

由公式(5)得： 

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}\left(\frac{\mathrm{PE}\×\tan \frac{\mathrm{\α}}{2}}{\mathrm{CE}}\right)\×2...\left(6\right)$

又因为： 

$\mathrm{CE}=\frac{\mathrm{CD}}{2}...\left(7\right)$

$\mathrm{PE}=\frac{\mathrm{PQ}}{2}...\left(8\right)$

将公式(7)、公式(8)代入公式(6)得： 

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}(\frac{\mathrm{PQ}}{\mathrm{CD}}\×\tan \frac{\mathrm{\α}}{2})\×2...\left(9\right)$

其中，公式(9)中的即放大比例f，即得到步骤(1c)中的公式(1)。 

MN代表待放大的三维场景模型，△AOB为主场景相机的视椎体，∠AOB为主场景相机的视域角(FOV)，CD为视平面，PQ为三维场景模型投影到视平面上的像。 

设模型MN的大小为MN； 

因为相机位置O不变，所以投影系数为固定值，设为F； 

则：模型投影到CD上的像PQ为： 

PQ＝MN×F…………(10) 

CD最终会映射到三维窗口(渲染表面)，设：三维窗口(渲染表面)的大小为W，套用上图的情况，放大后的三维场景模型的大小L为： 

$L=\frac{\mathrm{PQ}}{\mathrm{CD}}\×W...\left(11\right)$

即： 

$L=\frac{\mathrm{MN}\×F}{\mathrm{CD}}\×W...\left(12\right)$

由公式(12)可知：投影系数F与放大镜相机的位置O有关，因此放大镜相机的位置O、视域角β和渲染纹理RTT的大小决定了最终的三维场景模型的图像绘制结果的大小。本发明中放大镜相机的位置O和渲染纹理RTT的大小保持不变，仅通过修改放 大镜相机的视域角β来实现三维放大，并且： 

(1)由公式(12)可知，放大后的三维场景模型的大小和CD长度成反比； 

(2)调大放大镜相机的视域角β时，CD变长，则三维场景模型就会变小；调小放大镜相机的视域角β时，CD变短，则三维场景模型就会变大。 

Claims (3)

1.一种基于渲染到纹理的三维场景无损放大方法，所述的三维场景为待放大的三维模型，由计算机建模产生，其主场景相机的各参数已知，其特征在于具体包括以下步骤：

(1)初始化：

(1a)为三维场景创建RTT；

(1b)为三维场景创建放大镜相机；所述的放大镜相机为放大后的三维场景的三维相机；

(1c)设置放大比例f，通过以下公式计算放大镜相机的视域角：

$\mathrm{\β}={\tan }^{-1}(\frac{1}{f}\×\tan \frac{\mathrm{\α}}{2})\×2...\left(1\right)$

其中，β为放大镜相机的视域角，α为三维场景的主场景相机的视域角，所述的主场景相机为三维场景的三维相机，主场景相机及其视域角在为三维场景建模时已确定；

(1d)为三维场景创建用于显示放大结果的Overlay；

(2)获取当前鼠标在显示屏上的位置P，根据主场景相机的投影矩阵计算P在三维场景中的三维坐标；

(3)根据主场景相机在三维场景中的位置O和P的三维坐标计算向量OP的方向，得到放大镜相机的方向；

(4)移动Overlay使其中心点与当前鼠标的坐标对齐；

(5)将RTT设置为目标渲染对象，根据步骤(1c)所得到的视域角β和步骤(3)所得到的放大镜相机的方向设置放大镜相机，并将待放大的三维模型渲染到RTT上；

(6)将RTT中的纹理作为Overlay的纹理，在屏幕上显示，即完成放大过程。

2.根据权利要求1所述的三维场景无损放大方法，其特征在于：步骤(1a)所述的创建RTT通过创建渲染纹理对象的方法创建。

3.根据权利要求1所述的三维场景无损放大方法，其特征在于：步骤(1d)所述的Overlay通过构建矩形图元的方法创建。