CN106228591A - 虚拟现实超高速实时渲染方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种虚拟现实超高速实时渲染方法，包括步骤：A.构建环境参数建立图像模型，对摄像机进行交互控制，将视野的近周和远周区域划分3个不同分辨率的渲染区，将建立的图像模型生成Perlin噪声高度场；B.通过投影网格进行采样建立虚拟图形；C.获取虚拟图形中的顶点数据；D.将各顶点数据映射到坐标系中；E.计算纹理坐标；F.加载纹理坐标；G.在各渲染区混合各种纹理颜色完成渲染。本发明采用渲染区，并分配不同的分辨率比例，匹配用户视野中的不同视敏度，降低了数倍的运算成本，节省了计算机运算资源以及耗电，实现实时渲染的超高速；通过像素渲染和顶点渲染，绘制具有真实感效果的水面。

Description

虚拟现实超高速实时渲染方法
技术领域
本发明虚拟现实技术，尤其涉及一种虚拟现实超高速实时渲染方法。
背景技术
虚拟现实技术(简称VR)又称灵境技术，是以沉浸性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。它综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势、鼠标和键盘等方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间，是一项发展中的、具有深远的潜在应用方向的新技术。
对自然景物的建模和渲染一直是虚拟现实的重要组成部分，同时也是计算机图形学研究的重点和热点。水作为自然景物的一部分，在增加虚拟现实的真实感和沉浸度方面有着非常重要的作用。国内外一些专家提出了很多关于水面的生成与绘制方面的算法和技术，这些技术虽然能生成具有真实感的水面效果，但往往无法满足实时绘制的速度要求；有些能实时生成，但往往采用一些非常简单的建模和光照模型，绘制出来的水面效果真实感不强。
有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种新型的虚拟现实超高速实时渲染方法，使其更具有产业上的利用价值。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种既能绘制具有真实感效果的水面、又能满足实时绘制的速度要求的虚拟现实超高速实时渲染方法。
本发明的虚拟现实超高速实时渲染方法，包括步骤：
A.构建环境参数建立图像模型，对摄像机进行交互控制，将视野的近周和远周区域划分3个不同分辨率的渲染区，将建立的图像模型生成Perlin噪声高度场；
B.通过投影网格进行采样建立虚拟图形；
C.获取虚拟图形中的顶点数据；
D.将各顶点数据映射到坐标系中；
E.计算纹理坐标；
F.加载纹理坐标；
G.在各渲染区混合各种纹理颜色完成渲染。
进一步的，所述步骤A中的3个渲染区的分辨率分别是相对用户注视点分别为100％的分辨率、60％的分辨率和20％的分辨率。
进一步的，所述步骤A中通过叠加正弦波建立图像模型。
进一步的，所述步骤E中纹理坐标包括局部反射纹理坐标、折射纹理坐标和fresnel纹理坐标。
进一步的，所述步骤G中将全局反射的纹理颜色、局部反射的纹理颜色、折射的纹理颜色和fresnel纹理颜色进行混合。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
1、采用渲染区，并分配不同的分辨率比例，匹配用户视野中的不同视敏度，降低了数倍的运算成本，节省了计算机运算资源以及耗电，实现实时渲染的超高速；
2、通过像素渲染和顶点渲染，绘制具有真实感效果的水面；
3、通过叠加正弦波构建模型，利用凹凸纹理实现水面的动画效果，通过实时的纹理映射技术实现水面的反射、折射和菲涅尔等水面光照效果。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参见图1，本发明一较佳实施例所述的一种虚拟现实超高速实时渲染方法，包括如下步骤：
A.构建环境参数建立图像模型，对摄像机进行交互控制，将视野的近周和远周区域划分3个不同分辨率的渲染区，将建立的图像模型生成Perlin噪声高度场。
环境参数为：波长、振幅、速度、方向，利用这些参数来定义一个波。对于一个广域水面，通常会有不同方向的波产生交互，为实现水面的动画效果，本发明通过叠加一系列不同频率和振幅的正弦波构建模型。
由于人眼负责观察色彩和细节的视网膜上的视锥细胞的浓度不同，在广阔的视野中，只有一小部分被高度集中观察，任何超出了注视区中心5度以上的东西都会逐渐降低清晰度。拥有高密度视锥细胞的区域叫中央凹，与视野中注视点相对应，通过对摄像机进行交互控制，能够瞬间将用户的目光提供给渲染管道，使注视点中心总能匹配渲染中的全分辨率区域。因此，本发明将视野的近周和远周区域划分3个不同分辨率的渲染区，为获得最佳渲染效果，本发明中的3个渲染区的分辨率分别是相对用户注视点分别为100％的分辨率、60％的分辨率和20％的分辨率。通过采用渲染区，并分配不同的分辨率比例，匹配用户视野中的不同视敏度，只渲染眼睛所要看的，节省了计算机运算资源以及耗电，降低了数倍的运算成本。
本发明通过生成Perlin噪声高度场，可弥补正弦波叠加时细节上的缺失，将由Perlin噪声生成的凹凸纹理映射到水面轮廓上，来展示水面细小的波纹，以提高真实性和真实感。
B.通过投影网格进行采样建立虚拟图形。通过投影网格可进一步增加真实性，可以将凹凸纹理交替映射到水面轮廓上，以获得动态效果。
C.获取虚拟图形中的顶点数据。
D.将各顶点数据映射到坐标系中。
通过在每个顶点位置构造一个坐标系，以使凹凸纹理的扰动量对应坐标系中顶点法向量，以将对应的凹凸映射图法向量从局部切向空间转换到世界坐标系中。
E.计算纹理坐标。具体的，纹理坐标包括局部反射纹理坐标、折射纹理坐标和fresnel纹理坐标。
F.加载纹理坐标。
为实时的把场景渲染成一张纹理，结合顶点数据，通过反射纹理坐标和折射纹理坐标，来动态调整纹理坐标，反映出水波的流动效果，通过加载动态的纹理坐标实现纹理与水面细节的混合。
同时，通过引入fresnel纹理坐标，加强菲涅尔效果，获得更加具有真实感效果的水面。
G.在各渲染区混合各种纹理颜色完成渲染。具体的，将全局反射的纹理颜色、局部反射的纹理颜色、折射的纹理颜色和fresnel纹理颜色进行混合。如此，即可使水面的颜色随着用户的视角发生改变，效果更加真实。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种虚拟现实超高速实时渲染方法，其特征在于，包括步骤：
A.构建环境参数建立图像模型，对摄像机进行交互控制，将视野的近周和远周区域划分3个不同分辨率的渲染区，将建立的图像模型生成Perlin噪声高度场；
B.通过投影网格进行采样建立虚拟图形；
C.获取虚拟图形中的顶点数据；
D.将各顶点数据映射到坐标系中；
E.计算纹理坐标；
F.加载纹理坐标；
G.在各渲染区混合各种纹理颜色完成渲染。
2.根据权利要求1所述的虚拟现实超高速实时渲染方法，其特征在于：所述步骤A中的3个渲染区的分辨率分别是相对用户注视点分别为100％的分辨率、60％的分辨率和20％的分辨率。
3.根据权利要求1所述的虚拟现实超高速实时渲染方法，其特征在于：所述步骤A中通过叠加正弦波建立图像模型。
4.根据权利要求1所述的虚拟现实超高速实时渲染方法，其特征在于：所述步骤E中纹理坐标包括局部反射纹理坐标、折射纹理坐标和fresnel纹理坐标。
5.根据权利要求4所述的虚拟现实超高速实时渲染方法，其特征在于：所述步骤G中将全局反射的纹理颜色、局部反射的纹理颜色、折射的纹理颜色和fresnel纹理颜色进行混合。
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Denomination of invention: Super high speed real-time rendering method of virtual reality

Effective date of registration: 20211124

Granted publication date: 20200626

Pledgee: Shandong Dream Vision Intelligent Technology Co.,Ltd.

Pledgor: JIANGSU AUGUST INFORMATION TECHNOLOGY Inc.

Registration number: Y2021980013202

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