CN105894566A - 模型渲染方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种模型渲染方法及装置，所述方法包括：获取为虚拟现实场景创建的各个虚拟物体的虚拟物体模型；将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中坐标向量转换为在相机坐标系中的坐标向量；创建所述虚拟现实场景的视锥体，根据各个虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量以及所述视锥体，获得将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型；将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型，按照距离相机位置由远及近顺序依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景。本发明实施例提高了模型渲染效率，提高了模型渲染显示效果。

Description

模型渲染方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及视频技术领域，尤其涉及一种视频输出模式选择方法及设备。

背景技术

虚拟现实是指采用计算机技术为核心的高科技手段生成逼真的视觉、听觉、触觉等一体化的虚拟环境。用户还可可以通过显示终端，实现与虚拟现实中的物体交互。

为了实现虚拟现实，需要对虚拟现实场景进行数字化描述，建立虚拟现实场景的三维模型。

模型渲染是指显示终端获取虚拟现实场景的三维模型，根据模型数据进行绘制，以显示虚拟现实场景的过程。

由于在一个虚拟现实场景中会包括多个虚拟物体，因此创建的三维模型中通常包括多个虚拟物体的虚拟物体模型，而多个虚拟物体模型的渲染顺序会影响最终的渲染显示效果，后进行渲染的模型会遮挡住先进行渲染的模型，因此如何提供一种有效的模型渲染方式，以提高渲染显示效果，成为本领域技术人员迫切需要解决技术问题。

发明内容

本发明实施例提供一种模型渲染方法及装置，用以解决现有技术中模型渲染显示效果较差的技术问题。

本发明实施例提供一种模型渲染方法，包括：

获取为虚拟现实场景创建的各个虚拟物体的虚拟物体模型；

将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量转换为在相机坐标系中的坐标向量；

创建所述虚拟现实场景的视锥体，根据各个虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量以及所述视锥体，获得将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型；

将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型，按照距离相机位置由远及近顺序依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景。

本发明实施例提供一种模型渲染装置，包括：

模型获取模块，用于获取为虚拟现实场景创建的各个虚拟物体的虚拟物体模型；

模型变换模块，用于将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中坐标向量转换为在相机坐标系中的坐标向量；

视景确定模块，用于创建所述虚拟现实场景的视锥体，根据各个虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量以及所述视锥体，获得将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型；

模型渲染模块，用于将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型，按照距离相机位置由远及近顺序依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景。

本发明实施例提供的模型渲染方法及装置，通过将获取的虚拟现实场景的各个虚拟物体模型转换相机坐标系中，通过创建视锥体，仅将位于视锥体内的虚拟物体模型进行渲染，从而可以提高渲染效率，各个虚拟物体是按照距离摄像机由远及近的顺序依次进行渲染，使得距离摄像机近的虚拟物体模型后进行渲染，不至于被遮挡，从而可以提高渲染的显示效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明模型渲染方法一个实施例流程图；

图2为本发明模型渲染方法又一个实施例流程图；

图3为本发明模型渲染装置一个实施例结构示意图；

图4为本发明模型渲染装置又一个实施例结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例的技术方案主要应用于显示终端中，计算机、手机、平板电脑、穿戴式设备等。

在本发明实施例中，显示终端在获取虚拟现实场景模块中的各个虚拟物体模型之后，首先将各个虚拟物体模型通过坐标转换，转换相机坐标系中，然后创建视锥体，仅将位于视锥体内的虚拟物体模型进行渲染，从相机坐标系投影至二维屏幕，渲染出各个虚拟物体，不在视锥体内的虚拟物体模型即舍弃不进行渲染，从而可以提高渲染效率，且各个虚拟物体是按照距离摄像机由远及近的顺序依次进行渲染，从而使得距离摄像机近的虚拟物体模型后进行渲染，不至于被遮挡，从而可以提高渲染的显示效果。

图1为本发明提供的一种模型渲染方法一个实施例的流程图，该方法可以包括以下几个步骤：

101：获取为虚拟现实场景创建的各个虚拟物体的虚拟物体模型。

虚拟物体模型的创建与现有技术相同，在此不再赘述。

虚拟现实场景例如为影院场景时，虚拟物体模型可以包括座椅模型、观影屏幕模型等；又如为沙滩场景时，沙滩场景中的各个虚拟物体模型可以包括水、游艇、遮阳伞、沙子等模型。

102：将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中坐标向量转换为在相机坐标系中的坐标向量。

相机坐标系也即是指眼睛坐标系，是以相机的镜头(或者人的眼睛)来观察物体的视觉空间。

由于虚拟物体模型是在局部坐标系中进行创建的，为了实现虚拟物体的显示，需要将虚拟物体模型转换到相机坐标系中。因此具体的是将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中坐标向量转换为在相机坐标系中的坐标向量。

该坐标向量可以对应虚拟物体模型中任一个点的坐标，为了计算准确性，具体可以是对应虚拟物体模型中心点坐标。

虚拟物体模型在局部坐标系中坐标向量转换为在相机坐标系中的坐标向量具体可以通过矩阵变换进行转换。

103：创建所述虚拟现实场景的视锥体，根据各个虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量以及所述视锥体，获得将位于所述视锥体内的虚拟物体模型。

由于相机的视野不是无限远的，因此需要创建一个视锥体，在视锥体内的物体可以被投影到视平面，不在视锥体内的物体将被丢弃不处理。

视锥体可以用矩阵、也即投影矩阵进行表示，因此通过根据各个虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量以及所述视锥体的投影矩阵，即可以获得位于视锥体内的虚拟物体模型。

104：将位于所述视锥体内的虚拟物体模型，按照距离相机位置由远及近顺序依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景。

确定出位于视锥体内的虚拟物体模型，再将位于视锥体内的虚拟物体模型按照距离相机位置由远及近顺序依次进行渲染，也即将虚拟物体模型从相机坐标系投影至二维屏幕上，从而在二维屏幕上渲染出图形，即可以实现虚拟现实场景的显示。

本发明实施例中，将虚拟现实场景中的各个虚拟物体模型通过坐标转换，转换相机坐标系中，然后创建视锥体，仅将位于视锥体内的虚拟物体模型进行渲染，从相机坐标系投影至二维屏幕，渲染出各个虚拟物体，不在视锥体内的虚拟物体模型即舍弃不进行渲染，从而可以提高渲染效率，且各个虚拟物体是按照距离摄像机由远及近的顺序依次进行渲染，从而使得距离摄像机近的虚拟物体模型后进行渲染，不至于被遮挡，从而可以提高渲染的显示效果。

坐标系通常有以下几种：局部坐标系、世界坐标系、相机坐标系、屏幕坐标系；由于虚拟现实场景中，虚拟物体模型的创建是在局部坐标系中进行的，因此可以通过矩阵变换转移到世界坐标系，接着通过视图变换转换到相机坐标系。从相机坐标系进行投影，在二维屏幕上渲染出虚拟物体。

而在进行投影之前，由于相机的视野是有限的，因此需要创建一个视锥体，用于表示相机的视野。视锥体可以以投影矩阵进行表示，将虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量与投影矩阵，通过投影变换，可以得到在裁剪坐标系中的裁剪坐标向量，利用裁剪坐标向量，即可以确定虚拟物体模型是否位于视锥体内，以及距离相机位置的远近。

如图2所示，为本发明提供的一种模型渲染方法又一个实施例的流程图，该方法可以包括以下几个步骤：

201：获取为虚拟现实场景创建的各个虚拟物体的虚拟物体模型。

202：将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量与模型矩阵，经过模型变换，获得在所述世界坐标系中的坐标向量。

其中，模型矩阵表示了虚拟物体模型的变换信息，包括旋转、平移以及缩放等。

可以首先将每一个虚拟物体模型在世界坐标系中的旋转、平移以及缩放的变换信息，表示为在世界坐标系中的模型矩阵。

将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量与所述模型矩阵，经过模型变换，获得所述虚拟物体模型在所述世界坐标系中的坐标向量。

可以是计算局部坐标系中的坐标向量与模型矩阵的乘积，即可以转换到世界坐标系中。

具体的，可以是按照下述模型变换公式，经过模型变换，获得在所述世界坐标系中的坐标向量；

$\left(\begin{array}{c}Xworld\\ Yworld\\ Zworld\\ Wworld\end{array}\right)=M\mathrm{mod}el.transport\left(\right)*\left(\begin{array}{c}Xobj\\ Yobj\\ Zobj\\ Wobj\end{array}\right);$

其中， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xobj}\\ \mathrm{Yobj}\\ \mathrm{Zobj}\\ \mathrm{Wobj}\end{array}\right)$ 为虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xworld}\\ \mathrm{Yworld}\\ \mathrm{Zworld}\\ \mathrm{Wworld}\end{array}\right)$ 即为虚拟物体模型在世界坐标系中的坐标向量，Mmodel.transport()表示所述模型矩阵的转置矩阵。

其中，(Xobj,Yobj,Zobj)表示虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标，具体是中心点的坐标，Wobj为在局部坐标系中的齐次坐标，其中，Wobj为0；(Xworld,Yworld,Zworld)表示在世界坐标系中的坐标,Wworld为在所述世界坐标系中齐次坐标。

其中，模型矩阵是平移矩阵，缩放矩阵和旋转矩阵的乘积。

平移矩阵为 $\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& x_1\\ 0& 1& 0& y_1\\ 0& 0& 1& z_1\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right);$

x₁，y₁，z₁即为沿着世界坐标系中x，y，z轴移动的距离。

缩放矩阵为 $\left(\begin{array}{cccc}{x}_2& 0& 0& 0\\ 0& y_2& 0& 0\\ 0& 0& z_2& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right);$

x₂，y₂，z₂即为沿着世界坐标系x,y,z轴缩放的大小。

旋转矩阵为绕着世界坐标系的三个坐标轴x，y，z旋转的矩阵的乘积：

其中，沿x轴旋转角度大小为A的矩阵表示如下：

$\left(\begin{array}{cccc}1& 0& 0& 0\\ 0& cos\left(A\right)& -sin\left(A\right)& 0\\ 0& sin\left(A\right)& \cos \left(A\right)& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right);$

其中，沿y轴旋转角度大小为A的矩阵表示如下：

$\left(\begin{array}{cccc}cos\left(A\right)& 0& sin\left(A\right)& 0\\ 0& 1& 0& 0\\ -sin\left(A\right)& 0& \cos \left(A\right)& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right);$

其中，沿z轴旋转角度大小为A的矩阵表示如下：

$\left(\begin{array}{cccc}cos\left(A\right)& -sin\left(A\right)& 0& 0\\ sin\left(A\right)& \cos \left(A\right)& 0& 0\\ 0& 0& 1& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right);$

齐次坐标是计算机图形学的重要手段之一，它既能够用来明确区分向量和点，同时也更易用于进行仿射(线性)几何变换。

203：将每一个虚拟物体模型在所述世界坐标系中的坐标向量与视图矩阵，经过视图变换，获得在相机坐标系中的坐标向量。

局部坐标系通过模型变换，可以转换到世界坐标系。世界坐标系通过视图变换可以转换到相机坐标系中。

相机在三维空间中用相机位置、相机朝向向量以及相机向前向量，表示，因此，视图矩阵可以根据相机位置、相机朝向向量以及相机向前向量获得。

视图矩阵可以是将用户视为一个模型，获得的用户在世界坐标系中变换的模型矩阵的逆矩阵。

将每一个虚拟物体模型在所述世界坐标系中的坐标向量与视图矩阵，经过视图变换，获得在相机坐标系中的坐标向量即可以包括：

将每一个虚拟物体模型在所述世界坐标系中的坐标向量与所述视图矩阵，按照下述视频变换公式，经过视图变换，获得在所述相机坐标系中的坐标向量；

$\left(\begin{array}{c}Xeye\\ Yeye\\ Zeye\\ Weye\end{array}\right)=ViewMatrix.transport\left(\right)*\left(\begin{array}{c}Xworld\\ Yworld\\ Zworld\\ Wworld\end{array}\right);$

其中， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xeye}\\ \mathrm{Yeye}\\ \mathrm{Zeye}\\ \mathrm{Weye}\end{array}\right)$ 表示虚拟物体模型在所述相机坐标系中的坐标向量；Weye为虚拟物体模型在相机坐标系中的齐次坐标；ViewMatrix.transport()表示所述视图矩阵的转置矩阵。

其中，所述视图矩阵可以通过如下公式获得：

假设摄像机位置为Vector3 eye；摄像机朝向向量为ector3 at；摄像机向前向量为Vector3 up

Vector3 forward,side；

forward＝at-eye；

normalize(forward)；

side＝cross(forward,up)；

normalize(side)；

up＝cross(side,forward)；

最终计算视图矩阵为

$\left(\begin{array}{cccc}side.x& up.x& -forward.x& 0\\ side.y& up.x& -forword.x& 0\\ side.z& up.z& -forword.x& 0\\ 0& 0& 0& 1\end{array}\right);$

上面代码中的cross表示叉积，normalize表示规范化。

204：创建所述虚拟现实场景的视锥体，并获得所述视锥体的投影矩阵。

通过left(左)，right(右)，bootom(上)，top(下)定义裁剪面大小，zNear(前)和zFar(后)定义相机到远近两个裁剪面的距离。由这六个参数可以定义出六个裁剪面构成的锥体，即为视锥体，也称为视景体。

根据视锥体的六个参数，可以将视锥体用投影矩阵进行表示。

205：将所述虚拟物体模型在相机坐标系中坐标向量与所述投影矩阵，进行投影变换，获得所述虚拟物体模型的裁剪坐标向量。

具体的，可以是将所述虚拟物体模型在相机坐标系中坐标向量与所述投影矩阵按照投影变换公式，进行投影变换，获得所述虚拟物体模型的裁剪坐标向量；

$\left(\begin{array}{c}Xclip\\ Yclip\\ Zclip\\ Wclip\end{array}\right)=\mathrm{Pr}ojectionMatrix.transport\left(\right)*\left(\begin{array}{c}Xeye\\ Yeye\\ Zeye\\ Weye\end{array}\right);$

其中， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xclip}\\ \mathrm{Yclip}\\ \mathrm{Zclip}\\ \mathrm{Wclip}\end{array}\right)$ 为裁剪坐标向量，ProjectionMatrix.transport()表示投影矩阵的转置矩阵，(Xclip,Yclip,Zclip,Wclip)为裁剪坐标；Wclip为所述裁剪坐标中的齐次坐标。

其中，假设top＝t；Bottom＝b；Left＝l；Right＝r；Near＝n；Far＝f

则所述投影矩阵为：

$\left(\begin{array}{cccc}\frac{2n}{r-t}& 0& \frac{r+l}{r-l}& 0\\ 0& \frac{2n}{t-b}& \frac{t+b}{t-b}& 0\\ 0& 0& \frac{-(f+n)}{f-n}& \frac{-2fn}{f-n}\\ 0& 0& -1& 0\end{array}\right);$

206：根据所述裁剪坐标向量，获得位于所述视锥体内的虚拟物体模型。

Wclip即可以表示虚拟物体模型距离视锥体的远近。

如果Wclip为0，则表示对应的虚拟物体模型不在视锥体内。

因此，可以具体根据所述裁剪坐标向量中的齐次坐标，确定齐次坐标非0的虚拟物体模型位于所述视锥体内。

207：根据所述裁剪坐标向量，获得位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型距离相机位置的由远及近的顺序。

Wclip的大小即表示视锥体内各个虚拟物体模型距离相机位置的远近，Wclip的值越大，表示虚拟物体模型距离相机位置越远。

具体的是，是根据所述裁剪坐标向量中的齐次坐标，将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型按照齐次坐标值由大到小的顺序排列，即可以获得位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型距离相机位置的由远及近的顺序。

208：将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型，按照距离相机位置由远及近顺序依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景。

也即将位于视锥体内的各个虚拟物体模型，按照齐次坐标值由大到小的排列顺序，依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景。

本发明实施例中，通过将虚拟物体模型进行模型视图变换，获得虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量，并通过创建视锥体，获得位于视锥体内的虚拟物体模型，通过视锥体的投影矩阵以及虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量，可以得到虚拟物体模型的裁剪坐标向量，根据裁剪坐标向量即可以确定位于视锥体内的虚拟物体模型，并可以确定视锥体内的虚拟物体模型距离相机位置的远近，从而将位于视锥体内的虚拟物体模型按照距离相机位置由远及近的顺序，进行依次渲染，即可以提高渲染效率，还可以使得距离摄像机近的虚拟物体模型后进行渲染，不至于被遮挡，提高渲染的显示效果。

图3为本发明提供的一种模型渲染装置一个实施例的结构示意图，该装置具体应用与显示终端中，该装置可以包括：

模型获取模块301，用于获取为虚拟现实场景创建的各个虚拟物体的虚拟物体模型。

模型变换模块302，用于将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中坐标向量转换为在相机坐标系中的坐标向量。

相机坐标系也即是指眼睛坐标系，是以相机的镜头(或者人的眼睛)来观察物体的视觉空间。

由于虚拟物体模型是在局部坐标系中进行创建的，为了实现虚拟物体的显示，需要将虚拟物体模型转换到相机坐标系中。因此具体的是将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中坐标向量转换为在相机坐标系中的坐标向量。

该坐标向量可以对应虚拟物体模型中任一个点的坐标，为了计算准确性，具体可以是对应虚拟物体模型中心点坐标。

虚拟物体模型在局部坐标系中坐标向量转换为在相机坐标系中的坐标向量具体可以通过矩阵变换进行转换。

视景确定模块303，用于创建所述虚拟现实场景的视锥体，根据各个虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量以及所述视锥体，获得将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型。

由于相机的视野不是无限远的，因此需要创建一个视锥体，在视锥体内的物体可以被投影到视平面，不在视锥体内的物体将被丢弃不处理。

视锥体可以用矩阵、也即投影矩阵进行表示，因此通过根据各个虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量以及所述视锥体的投影矩阵，即可以获得位于视锥体内的虚拟物体模型。

模型渲染模块304，用于将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型，按照距离相机位置由远及近顺序依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景。

确定出位于视锥体内的虚拟物体模型，再将位于视锥体内的虚拟物体模型按照距离相机位置由远及近顺序依次进行渲染，也即将虚拟物体模型从相机坐标系投影至二维屏幕上，从而在二维屏幕上渲染出图形，即可以实现虚拟现实场景的显示。

本发明实施例中，将虚拟现实场景中的各个虚拟物体模型通过坐标转换，转换相机坐标系中，然后创建视锥体，仅将位于视锥体内的虚拟物体模型进行渲染，从相机坐标系投影至二维屏幕，渲染出各个虚拟物体，不在视锥体内的虚拟物体模型即舍弃不进行渲染，从而可以提高渲染效率，且各个虚拟物体是按照距离摄像机由远及近的顺序依次进行渲染，从而使得距离摄像机近的虚拟物体模型后进行渲染，不至于被遮挡，从而可以提高渲染的显示效果。

其中，作为又一个实施例，如图4所述，所述模型变换模块302可以包括：

模型变换单元401，用于将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量与其在世界坐标系中的模型矩阵，经过模型变换，获得在所述世界坐标系中的坐标向量；

视图变换单元402，用于将每一个虚拟物体模型在所述世界坐标系中的坐标向量与视图矩阵，经过视图变换，获得在相机坐标系中的坐标向量。

由于虚拟现实场景中，虚拟物体模型的创建是在局部坐标系中进行的，因此可以通过矩阵变换转移到世界坐标系，接着通过视图变换转换到相机坐标系。

作为又一实施例，所述模型变换单元可以具体用于：

将每一个虚拟物体模型在世界坐标系中的旋转、平移以及缩放的变换信息，表示为在世界坐标系中的模型矩阵；将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量以及所述模型矩阵，按照下述模型变换公式，经过模型变换，获得在所述世界坐标系中的坐标向量；

$\left(\begin{array}{c}Xworld\\ Yworld\\ Zworld\\ Wworld\end{array}\right)=M\mathrm{mod}el.transport\left(\right)*\left(\begin{array}{c}Xobj\\ Yobj\\ Zobj\\ Wobj\end{array}\right);$

其中， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xobj}\\ \mathrm{Yobj}\\ \mathrm{Zobj}\\ \mathrm{Wobj}\end{array}\right)$ 为虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xworld}\\ \mathrm{Yworld}\\ \mathrm{Zworld}\\ \mathrm{Wworld}\end{array}\right)$ 即为虚拟物体模型在世界坐标系中的坐标向量，Mmodel.transport()表示所述模型矩阵的转置矩阵；Wobj为虚拟物体模型在局部坐标系中的齐次坐标，Wworld为虚拟物体模型在所述世界坐标系中齐次坐标；

所述视图变换单元可以具体用于：

根据相机位置、相机朝向向量以及相机向前向量，获得视图矩阵；

将每一个虚拟物体模型在所述世界坐标系中的坐标向量与相机坐标系的视图矩阵，按照下述视频变换公式，经过视图变换，获得在所述相机坐标系中的坐标向量；

$\left(\begin{array}{c}Xeye\\ Yeye\\ Zeye\\ Weye\end{array}\right)=ViewMatrix.transport\left(\right)*\left(\begin{array}{c}Xworld\\ Yworld\\ Zworld\\ Wworld\end{array}\right);$

其中， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xeye}\\ \mathrm{Yeye}\\ \mathrm{Zeye}\\ \mathrm{Weye}\end{array}\right)$ 表示虚拟物体模型在所述相机坐标系中的坐标向量；Weye为虚拟物体模型在相机坐标系中的齐次坐标；ViewMatrix.transport()表示所述视图矩阵的转置矩阵。

在进行投影之前，由于相机的视野是有限的，因此需要创建一个视锥体，用于表示相机的视野。视锥体可以以投影矩阵进行表示，将虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量与投影矩阵，通过投影变换，可以得到在裁剪坐标系中的裁剪坐标向量，利用裁剪坐标向量，即可以确定虚拟物体模型是否位于视锥体内，以及距离相机位置的远近。因此，作为又一个实施例，如图4中所示，该所述视景确定模块303可以包括：

创建单元403，用于创建所述虚拟现实场景的视锥体，并获得所述视锥体的投影矩阵。

通过left(左)，right(右)，bootom(上)，top(下)定义裁剪面大小，zNear(前)和zFar(后)定义相机到远近两个裁剪面的距离。由这六个参数可以定义出六个裁剪面构成的锥体，即为视锥体，也称为视景体。

根据视锥体的六个参数，可以将视锥体用投影矩阵进行表示。

投影变换单元404，用于将每一个虚拟物体模型在相机坐标系中坐标向量与所述投影矩阵，进行投影变换，获得所述虚拟物体模型的裁剪坐标向量。

具体的，可以是将所述虚拟物体模型在相机坐标系中坐标向量与所述投影矩阵按照投影变换公式，进行投影变换，获得所述虚拟物体模型的裁剪坐标向量；

$\left(\begin{array}{c}Xclip\\ Yclip\\ Zclip\\ Wclip\end{array}\right)=\mathrm{Pr}ojectionMatrix.transport\left(\right)*\left(\begin{array}{c}Xeye\\ Yeye\\ Zeye\\ Weye\end{array}\right);$

其中， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xclip}\\ \mathrm{Yclip}\\ \mathrm{Zclip}\\ \mathrm{Wclip}\end{array}\right)$ 为裁剪坐标向量，ProjectionMatrix.transport()表示投影矩阵的转置矩阵，(Xclip,Yclip,Zclip,Wclip)为裁剪坐标；Wclip为所述裁剪坐标中的齐次坐标。

模型确定单元405，用于根据所述裁剪坐标向量，获得位于所述视锥体内的虚拟物体模型。

Wclip即可以表示虚拟物体模型距离视锥体的远近。

如果Wclip为0，则表示对应的虚拟物体模型不在视锥体内。

因此，可以具体根据所述裁剪坐标向量中的齐次坐标，确定齐次坐标非0的虚拟物体模型位于所述视锥体内。

所述模型渲染模块304可以包括：

顺序确定单元406，用于根据所述裁剪坐标向量，获得位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型距离相机位置的由远及近的顺序。

Wclip的大小即表示视锥体内各个虚拟物体模型距离相机位置的远近，Wclip的值越大，表示虚拟物体模型距离相机位置越远。

具体的是，是根据所述裁剪坐标向量中的齐次坐标，将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型按照齐次坐标值由大到小的顺序排列，即可以获得位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型距离相机位置的由远及近的顺序。

模型渲染单元407，用于将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型，按照距离相机位置由远及近顺序依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景。

也即将位于视锥体内的各个虚拟物体模型，按照齐次坐标值由大到小的排列顺序，依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景。

本发明实施例中，通过将虚拟物体模型进行模型视图变换，获得虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量，并通过创建视锥体，获得位于视锥体内的虚拟物体模型，通过视锥体的投影矩阵以及虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量，可以得到虚拟物体模型的裁剪坐标向量，根据裁剪坐标向量即可以确定位于视锥体内的虚拟物体模型，并可以确定视锥体内的虚拟物体模型距离相机位置的远近，从而将位于视锥体内的虚拟物体模型按照距离相机位置由远及近的顺序，进行依次渲染，即可以提高渲染效率，还可以使得距离摄像机近的虚拟物体模型后进行渲染，不至于被遮挡，提高渲染的显示效果。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种模型渲染方法，其特征在于，包括：

获取为虚拟现实场景创建的各个虚拟物体的虚拟物体模型；

将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量转换为在相机坐标系中的坐标向量；

创建所述虚拟现实场景的视锥体，根据各个虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量以及所述视锥体，获得将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型；

将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型，按照距离相机位置由远及近顺序依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量转换为相机坐标系中的坐标向量包括：

将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量与模型矩阵，经过模型变换，获得在所述世界坐标系中的坐标向量；

将每一个虚拟物体模型在所述世界坐标系中的坐标向量与视图矩阵，经过视图变换，获得在相机坐标系中的坐标向量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述创建所述虚拟现实场景的视锥体，根据各个虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量以及所述视锥体，获得将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型包括：

创建所述虚拟现实场景的视锥体，并获得所述视锥体的投影矩阵；

将每一个虚拟物体模型在相机坐标系中坐标向量与所述投影矩阵，进行投影变换，获得所述虚拟物体模型的裁剪坐标向量；

根据所述裁剪坐标向量，获得位于所述视锥体内的虚拟物体模型；

所述将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型，按照距离相机位置由远及近顺序依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景包括：

根据所述裁剪坐标向量，获得位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型距离相机位置的由远及近的顺序；

将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型，按照距离相机位置由远及近顺序依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量与模型矩阵，经过模型变换，获得在所述世界坐标系中的坐标向量包括：

将每一个虚拟物体模型在世界坐标系中的旋转、平移以及缩放的变换信息，表示为在世界坐标系中的模型矩阵；

将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量以及所述模型矩阵，按照下述模型变换公式，经过模型变换，获得在所述世界坐标系中的坐标向量；

$\left(\begin{array}{c}Xworld\\ Yworld\\ Zworld\\ Wworld\end{array}\right)=M\mathrm{mod}el.transport\left(\right)*\left(\begin{array}{c}Xobj\\ Yobj\\ Zobj\\ Wobj\end{array}\right);$

其中， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xobj}\\ \mathrm{Yobj}\\ \mathrm{Zobj}\\ \mathrm{Wobj}\end{array}\right)$ 为虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xworld}\\ \mathrm{Yworld}\\ \mathrm{Zworld}\\ \mathrm{Wworld}\end{array}\right)$ 即为虚拟物体模型在世界坐标系中的坐标向量，Mmodel.transport()表示所述模型矩阵的转置矩阵；Wobj为虚拟物体模型在局部坐标系中的齐次坐标，Wworld为虚拟物体模型在所述世界坐标系中齐次坐标；

所述将每一个虚拟物体模型在所述世界坐标系中的坐标向量与相机坐标系的视图矩阵，经过视图变换，获得在所述相机坐标系中的坐标向量包括：

根据相机位置、相机朝向向量以及相机向前向量，获得视图矩阵；

将每一个虚拟物体模型在所述世界坐标系中的坐标向量与相机坐标系的视图矩阵，按照下述视频变换公式，经过视图变换，获得在所述相机坐标系中的坐标向量；

$\left(\begin{array}{c}Xeye\\ Yeye\\ Zeye\\ Weye\end{array}\right)=ViewMatrix.transport\left(\right)*\left(\begin{array}{c}Xworld\\ Yworld\\ Zworld\\ Wworld\end{array}\right);$

其中， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xeye}\\ \mathrm{Yeye}\\ \mathrm{Zeye}\\ \mathrm{Weye}\end{array}\right)$ 表示虚拟物体模型在所述相机坐标系中的坐标向量；Weye为虚拟物体模型在相机坐标系中的齐次坐标；ViewMatrix.transport()表示所述视图矩阵的转置矩阵。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述虚拟物体模型在相机坐标系中坐标向量与所述投影矩阵，进行投影变换，获得所述虚拟物体模型的裁剪坐标向量包括：

将所述虚拟物体模型在相机坐标系中坐标向量与所述投影矩阵按照投影变换公式，进行投影变换，获得所述虚拟物体模型的裁剪坐标向量；

$\left(\begin{array}{c}Xclip\\ Yclip\\ Zclip\\ Wclip\end{array}\right)=\mathrm{Pr}ojectionMatrix.transport\left(\right)*\left(\begin{array}{c}Xeye\\ Yeye\\ Zeye\\ Weye\end{array}\right);$

其中， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xclip}\\ \mathrm{Yclip}\\ \mathrm{Zclip}\\ \mathrm{Wclip}\end{array}\right)$ 为虚拟物体模型的裁剪坐标向量，ProjectionMatrix.transport()表示投影矩阵的转置矩阵，Wclip为所述裁剪坐标向量中的齐次坐标；

所述根据所述裁剪坐标向量，获得位于所述视锥体内的虚拟物体模型包括：

根据所述裁剪坐标向量中的齐次坐标，确定齐次坐标非0的虚拟物体模型位于所述视锥体内；

所述根据所述裁剪坐标向量，获得位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型距离相机位置的由远及近的顺序包括：

根据所述裁剪坐标向量中的齐次坐标，将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型按照齐次坐标值由大到小的顺序排列，获得位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型距离相机位置的由远及近的顺序；

所述将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型，按照距离相机位置由远及近顺序依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景包括：

将位于视锥体内的各个虚拟物体模型，按照齐次坐标值由大到小的排列顺序，依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景。

6.一种模型渲染装置，其特征在于，包括：

模型获取模块，用于获取为虚拟现实场景创建的各个虚拟物体的虚拟物体模型；

模型变换模块，用于将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中坐标向量转换为在相机坐标系中的坐标向量；

视景确定模块，用于创建所述虚拟现实场景的视锥体，根据各个虚拟物体模型在相机坐标系中的坐标向量以及所述视锥体，获得将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型；

模型渲染模块，用于将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型，按照距离相机位置由远及近顺序依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述模型变换模块包括：

模型变换单元，用于将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量与模型矩阵，经过模型变换，获得在所述世界坐标系中的坐标向量；

视图变换单元，用于将每一个虚拟物体模型在所述世界坐标系中的坐标向量与视图矩阵，经过视图变换，获得在相机坐标系中的坐标向量。

8.根据权利要求6或7所述的装置，其特征在于，所述视景确定模块包括：

创建单元，用于创建所述虚拟现实场景的视锥体，并获得所述视锥体的投影矩阵；

投影变换单元，用于将每一个虚拟物体模型在相机坐标系中坐标向量与所述投影矩阵，进行投影变换，获得所述虚拟物体模型的裁剪坐标向量；

模型确定单元，用于根据所述裁剪坐标向量，获得位于所述视锥体内的虚拟物体模型；

所述模型渲染模块包括：

顺序确定单元，用于根据所述裁剪坐标向量，获得位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型距离相机位置的由远及近的顺序；

模型渲染单元，用于将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型，按照距离相机位置由远及近顺序依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述模型变换单元具体用于：

将每一个虚拟物体模型在世界坐标系中的旋转、平移以及缩放的变换信息，表示为在世界坐标系中的模型矩阵；将每一个虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量以及所述模型矩阵，按照下述模型变换公式，经过模型变换，获得在所述世界坐标系中的坐标向量；

$\left(\begin{array}{c}Xworld\\ Yworld\\ Zworld\\ Wworld\end{array}\right)=M\mathrm{mod}el.transport\left(\right)*\left(\begin{array}{c}Xobj\\ Yobj\\ Zobj\\ Wobj\end{array}\right);$

其中， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xobj}\\ \mathrm{Yobj}\\ \mathrm{Zobj}\\ \mathrm{Wobj}\end{array}\right)$ 为虚拟物体模型在局部坐标系中的坐标向量， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xworld}\\ \mathrm{Yworld}\\ \mathrm{Zworld}\\ \mathrm{Wworld}\end{array}\right)$ 即为虚拟物体模型在世界坐标系中的坐标向量，Mmodel.transport()表示所述模型矩阵的转置矩阵；Wobj为虚拟物体模型在局部坐标系中的齐次坐标，Wworld为虚拟物体模型在所述世界坐标系中齐次坐标；

所述视图变换单元具体用于：

根据相机位置、相机朝向向量以及相机向前向量，获得视图矩阵；

将每一个虚拟物体模型在所述世界坐标系中的坐标向量与相机坐标系的视图矩阵，按照下述视频变换公式，经过视图变换，获得在所述相机坐标系中的坐标向量；

$\left(\begin{array}{c}Xeye\\ Yeye\\ Zeye\\ Weye\end{array}\right)=ViewMatrix.transport\left(\right)*\left(\begin{array}{c}Xworld\\ Yworld\\ Zworld\\ Wworld\end{array}\right);$

其中， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xeye}\\ \mathrm{Yeye}\\ \mathrm{Zeye}\\ \mathrm{Weye}\end{array}\right)$ 表示虚拟物体模型在所述相机坐标系中的坐标向量；Weye为虚拟物体模型在相机坐标系中的齐次坐标；ViewMatrix.transport()表示所述视图矩阵的转置矩阵。

10.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述投影变换单元具体用于：

将所述虚拟物体模型在相机坐标系中坐标向量与所述投影矩阵按照投影变换公式，进行投影变换，获得所述虚拟物体模型的裁剪坐标向量；

$\left(\begin{array}{c}Xclip\\ Yclip\\ Zclip\\ Wclip\end{array}\right)=\mathrm{Pr}ojectionMatrix.transport\left(\right)*\left(\begin{array}{c}Xeye\\ Yeye\\ Zeye\\ Weye\end{array}\right);$

其中， $\left(\begin{array}{c}\mathrm{Xclip}\\ \mathrm{Yclip}\\ \mathrm{Zclip}\\ \mathrm{Wclip}\end{array}\right)$ 为虚拟物体模型的裁剪坐标向量，ProjectionMatrix.transport()表示投影矩阵的转置矩阵，Wclip为所述裁剪坐标向量中的齐次坐标；

所述模型确定单元具体用于：

根据所述裁剪坐标向量中的齐次坐标，确定齐次坐标非0的虚拟物体模型位于所述视锥体内；

顺序确定单元具体用于：

根据所述裁剪坐标向量中的齐次坐标，将位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型按照齐次坐标值由大到小的顺序排列，获得位于所述视锥体内的各个虚拟物体模型距离相机位置的由远及近的顺序；

模型渲染单元具体用于：

将位于视锥体内的各个虚拟物体模型，按照齐次坐标值由大到小的排列顺序，依次进行渲染，以显示所述虚拟现实场景。