CN107481312A - 一种基于体绘制的图像渲染及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了基于体绘制的图像渲染方法，包括：将预设的几何体进行球形切片；基于当前视点确定所述球形切片上的采样点；计算所述采样点的纹理采样坐标，并根据所述纹理采样坐标对渲染体对应的纹理密度贴图进行采样，得到所述采样点的颜色值；将所述球形切片上在同一条当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，得到渲染后的图像。本发明还公开了一种基于体绘制的图像渲染装置，采用本发明，GPU消耗时间减少，大大提高了对目标几何体渲染的效果和效率，降低了显卡处理能力的要求；在渲染云海时，还对穿越云海，仰视云海，以及云海下的环境做了特殊处理，使得云海与场景环境融合一体，效果真实可信。

Description

一种基于体绘制的图像渲染及装置

技术领域

本发明涉及计算机图像渲染领域，尤其涉及一种基于体绘制的图像渲染方法及基于体绘制的图像渲染装置。

背景技术

当前，大型3D游戏中首创用体绘制的方法来表现大规模的体积云。3D游戏中，体积云的标准作法是用粒子堆砌来实现，然而规模达到云海级别时，难以解决渲染效率问题，尤其是兼容低端显卡的网络游戏，对渲染效率的要求更高。体绘制经典算法渲染效率不能满足实时渲染的要求，因此目前体绘制的体积云只见于制图软件烘焙静态贴图。

现有技术中，3D游戏中的体积云基本都是用粒子系统实现(例如CryENGINE，Microsoft Flight Simulator)。Unigine引擎中的一个Demo使用了体绘制方法的体积云，如图1示出的现有技术中的粒子堆砌生成的一朵云的示意图，通过上百个面向摄像机的面片堆聚成一朵云。通过粒子堆砌表现单独的一朵云效果很好，但是由于粒子数量和像素填充率对效率的限制，难以表现大规模的云海，如图2示出现有技术中的云海实现效果图，还需要美术在场景中摆放包围盒来给出云的形态分布，编辑繁琐，不但体积感差，而且通过对Unigine云海渲染进行跑分得出图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)消耗20.5514毫秒可知，渲染效率极低，容易会造成显卡过热关机。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于体绘制的图像渲染方法及基于体绘制的图像渲染装置，提高了对目标几何体渲染的效果和效率。

为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面公开了一种基于体绘制的图像渲染方法，包括：

将预设的几何体进行球形切片；

基于当前视点确定所述球形切片上的采样点；

计算所述采样点的纹理采样坐标，并根据所述纹理采样坐标对渲染体对应的纹理密度贴图进行采样，得到所述采样点的颜色值；

将所述球形切片上在同一条当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，得到渲染后的图像。

本发明实施例第二方面公开了一种基于体绘制的图像渲染装置，包括：

切片模块，用于将预设的几何体进行球形切片；

采样点确认模块，用于基于当前视点确定所述球形切片上的采样点；

计算模块，用于计算所述采样点的纹理采样坐标；

采样模块，用于根据所述纹理采样坐标对所述渲染体对应的纹理密度贴图进行采样，得到所述采样点的颜色值；

叠加模块，用于将所述球形切片上在同一条当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，得到渲染后的图像。

本发明实施例第三方面公开了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有程序，所述程序执行时包括本发明实施例第一方面中的基于体绘制的图像渲染方法的全部步骤。

实施本发明实施例，在保证体积几何体效果的前提下，优化了体绘制光线投射算法，可以通过球形切片，减少采样点数量，GPU消耗时间从原版算法的20ms优化到1ms，大大提高了对目标几何体渲染的效果和效率，降低了显卡处理能力的要求。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是现有技术中的粒子堆砌生成的一朵云的示意图；

图2是现有技术中的云海实现效果图；

图3是本发明实施例提供的基于体绘制的图像渲染方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的体绘制算法原理示意图；

图5是本发明实施例提供的球形切片的原理示意图；

图6是本发明实施例提供的切片效果比对图；

图7是本发明实施例提供的切片密度LOD的原理示意图；

图8是本发明实施例提供的云海渲染的效果示意图；

图9是本发明实施例提供的透视作假的原理示意图图；

图10是本发明实施例通过透视作假后的效果示意图；

图11是本发明实施例提供的选取采样点的示意图；

图12是本发明实施例提供的采样半径的示意图；

图13是本发明实施例提供的云朵采样透明度累加的示意图；

图14是本发明实施例提供的遮挡剔除的示意图；

图15是本发明实施例提供的视点移动的示意图；

图16是本发明实施例提供的视点移动过程中的方向向量示意图；

图17是本发明实施例提供的云海贴图翻转的效果示意图；

图18是本发明实施例提供的浓雾掩盖的示意图；

图19是本发明实施例提供的配置云海天气的示意图；

图20是本发明实施例提供的云海编辑的界面示意图；

图21是本发明实施例提供的基于体绘制的图像渲染装置的结构示意图；

图22是本发明实施例提供的叠加模块的结构示意图；

图23是本发明提供的基于体绘制的图像渲染装置的另一实施例的结构示意图；

图24是本发明实施例提供的采样点确认模块的结构示意图；

图25是本发明实施例提供的计算模块的结构示意图；

图26是本发明实施例提供的采样模块的结构示意图；

图27是本发明提供的基于体绘制的图像渲染装置的另一实施例的结构示意图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

下面结合图3至图19来详细说明本发明基于体绘制的图像渲染方法的具体实施方式，说明如何进行目标几何体的渲染显示：

图3示出了本发明实施例提供的基于体绘制的图像渲染方法的流程示意图，包括：

步骤S300：将预设的几何体进行球形切片；

具体地，本发明实施例中预设的几何体即为代理几何体，可以通过预设程序生成的用于进行体绘制的立方体，该几何体作为需要渲染的渲染体的包围盒，以球形切片的方式进行切片；如图4所示，体绘制算法的原理是对屏幕上的每个像素点(Image Plane)，通过特定叠加算法，累加视射线上采样点的颜色(Data Set)，就是该像素点的颜色。如同把一个几何体分成许多切片(Sices)，然后叠加切片的颜色。本发明实施例对几何体进行切片时不是进行平行切片，而是进行球形切片，如图5示出的本发明实施例提供的球形切片的原理示意图，球形切片呈洋葱样一层层包围视点。通过球形切片可以减少切片的数量，从而降低切片数量对像素填充率的影响，提高优化效率，如图6示出的本发明实施例提供的切片效果比对图，在减少切片数量的情况下(例如将切片数量降低到16)，平行切片由于采样精度不够，暴露了一个问题，即屏幕两边的云变形了，感觉向中间倾斜，而通过球形切片得到的效果图不存在该问题。

进一步地，将几何体通过球形切片的方式进行切片时，还可以设置切片密度随着与所述当前视点的距离的增加而减少，具体可以通过针对切片密度在切片距离上进行多细节层次(Levels of Detail，LOD)，以使得切片密度随着与所述当前视点的距离的增加而减少，也就是说距离当前视点越远，切片密度越低；具体地，如图7示出的本发明实施例提供的切片密度LOD的原理示意图，通过针对切片密度在切片距离上进行多细节层次LOD，可以进一步避免切片数量减少带来的采样精度变低的问题。本发明实施例中进行的LOD只要使得距离当前视点越远，切片密度越低即可，本发明不限定当前视点的距离与切片密度的比例关系，也就是不限定当前视点的距离与切片密度的调整算法。

需要说明的是，本发明各个实施例中的渲染体可以包括但不限于云海、小块云、乌云、风沙、瀑布、龙卷风等等。

步骤S302：基于当前视点确定所述球形切片上的采样点；

具体地，本发明实施例中的采样点为当前视点的射线穿过该球形切片的点，如图5所示，该当前视点即为渲染时相机所在的点，也就是眼睛在场景中所在的位置；从当前视点投射出多条射线，每条射线穿过球形切片上的点，都可以作为采样点。

步骤S304：计算所述采样点的纹理采样坐标，并根据所述纹理采样坐标对所述渲染体对应的纹理密度贴图进行采样，得到所述采样点的颜色值；

具体地，针对该采样点可以根据渲染体位置和纹理缩放信息计算出渲染体对应的纹理密度贴图的纹理坐标，然后根据预先配置的噪声贴图来调整该纹理坐标，通过调整后的纹理坐标采样预先配置好的该渲染体对应的纹理密度贴图(例如该渲染体为为云海时，该纹理密度贴图即可以为云海密度贴图)，从而得到该采样点的颜色值。

步骤S306：将所述球形切片上在同一条当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，得到渲染后的图像。

具体地，通过分别将各条视射线中的采样点进行叠加，即可以所需图像的各个点的颜色值，合并起来即得到所需的图像。

实施本发明实施例，在保证体积几何体效果的前提下，优化了体绘制光线投射算法，采用球形切片的方式可以减少切片的数量，从而减少采样点的数量，GPU消耗时间从原版算法的20ms优化到1ms，大大提高了对目标几何体渲染的效果和效率，降低了显卡处理能力的要求。

进一步地，在步骤S306中，将球形切片上在同一条所述当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，得到渲染后的图像，可以包括：将球形切片上在同一条所述当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，并根据预先配置的渲染目标(Render Target，RT)的分辨率绘制得到渲染体对应的图像；该RT的分辨率为显示屏幕分辨率尺寸的N分之一，该N为2的k次幂，该k为大于等于1的正整数；将该渲染体对应的图像放大N倍得到最终渲染图像。

具体地，可以预先设置采用显示屏幕分辨率尺寸的N分之一作为RT，该N为2的k次幂，该k为大于等于1的正整数，例如k为1、2、3等，优选地，k可以为2，也就是说N为4，可以通过设置RT分辨率的长宽都是屏幕分辨率尺寸的1/2来实现；那么叠加各个切片上采样点的颜色，即可形成基于该RT分辨率绘制得到目标几何体的图形。例如该第一目标阈值可以为4，即采用QuarterBuffer，那么叠加后得到的该渲染体对应的图像再放大4倍贴回屏幕。以该渲染体为云海为例，由于云纹理的精度要求不高，采用显示屏幕分辨率尺寸的四分之一作为RT的分辨率来绘制该目标几何体，之后再贴回屏幕，效果与直接绘制全精度相比，几乎看不出差异。

通过本发明实施例，在保证体积几何体效果的前提下，可以采用QuarterBuffer，球形切片和切片LOD，以减少采样点，使得GPU消耗时间大大减少，大大提高了对目标几何体渲染的效果和效率，降低了显卡处理能力的要求；更好地满足了实时渲染的需求。

进一步地，如图8示出的本发明实施例提供的云海渲染的效果示意图，以渲染体为云海为例进行说明，采用上述步骤S300中的切片密度LOD时，当视点距离云海平面的距离很远时(例如10000米)，容易产生切片感很严重的问题，本发明实施例还可以提供透视作假的做法，来解决该问题：

本发明实施例中计算该采样点的纹理采样坐标包括计算渲染体对应的渲染计算使用的高度；具体地，当该当前视点与该渲染体的距离小于第一预设阈值时，进行渲染计算使用的高度等于该渲染体的物理高度；当该当前视点与该渲染体的距离大于该第一预设阈值时，若该当前视点在该渲染体的上方，则进行渲染计算使用的高度为该渲染体的物理高度加上一移动高度值；若该当前视点在该渲染体的下方，则进行渲染计算使用的高度为该渲染体的物理高度减掉一移动高度值；其中该移动高度值随着该当前视点与该渲染体的距离的增大而增大，且该渲染计算使用的高度位于该当前视点的物理高度与该渲染体的物理高度之间。其中，该渲染计算使用的高度用于渲染计算该渲染体时使用的高度，根据该渲染计算使用的高度来对渲染体对应的纹理密度贴图进行采样。

具体地，该第一预设阈值可以为一很小的值，比如十几米，几十米等，即当前视点比较贴近渲染体的平面时，渲染计算使用的高度可以等同于该渲染体的物理高度；若当前视点在该渲染体的上方，即当前视点的物理高度大于该渲染体的物理高度时，当当前视点逐渐升高，该当前视点与该渲染体的距离大于该第一预设阈值时，渲染计算使用的高度也会跟随着增大，但该渲染计算使用的高度低于该当前视点的物理高度，如图9示出的本发明实施例提供的透视作假的原理示意图，使得该渲染体和的当前视点始终保持在一定范围内，渲染体的高度跟随当前视点移动，当当前视点向上移动时，使用一个假的渲染高度来做纹理采样，使用真的物理高度来做深度检测。需要说明的是，假的渲染计算使用的高度跟随当前视点的跟随算法可以按比例跟随，例如设定当前视点高于该渲染体的高度值为20000米时，假的渲染计算使用的高度为10000米，若当前高于该渲染体的高度值为30000米时，假的渲染计算使用的高度为15000米，等等。同理，若当前视点在该渲染体的下方，即当前视点的物理高度小于该渲染体的物理高度时，当当前视点逐渐降低，该当前视点与该渲染体的距离大于该第一预设阈值时，渲染计算使用的高度也会跟随着减少，但该渲染计算使用的高度高于该当前视点的物理高度。

如图10示出的本发明实施例通过透视作假后的效果示意图，有效解决了当视点距离云海平面的距离很远时，容易产生切片感很严重的问题。

再进一步地，本发明实施例的步骤S302基于当前视点确定所述球形切片上的采样点的步骤可以具体包括：在当前视点的射线穿过所述球形切片的点中，确认在该渲染体内及其邻近的点作为采样点。

具体地，对采样点进行渲染计算时，在各个切片上，只对该渲染体内及其邻近的点进行渲染计算，如图11示出的本发明实施例提供的选取采样点的示意图，只有渲染体内和邻近的点(即图中加粗的采样点)会对屏幕上的像素颜色产生影响，本发明实施例中该邻近的点即与渲染体内的点的距离不超过1个球形切片间距的点，因此可只选取该渲染体内和邻近的点作为采样点进行采样，从而减少采样点的数量，提高渲染效率。

再进一步地，本本发明实施例的步骤S302基于当前视点确定所述球形切片上的采样点的步骤还可以具体包括：当该当前视点高于该渲染体的高度值大于第二预设阈值且小于第三预设阈值时，基于该当前视点的采样半径根据该高度值的增减而增减；根据增减后的采样半径确定球形切片上的采样点。

具体地，该第二预设阈值可以设为0等，该第三预设阈值可以为一很小的值，比如几米、十几米等，即当前视点比较贴近目标几何体的平面时，可以控制基于该当前视点的采样半径的大小，例如该当前视点的采样半径根据该该当前视点高于该渲染体的高度值的变化而变化，若该高度值增大，那么该采样半径随着增大，若该高度值减少，那么该采样半径随着减少，并可以按预设比例进行增减，例如高度值从50降到0，那么采样半径从10降到1，等等。如图12示出的本发明实施例提供的采样半径的示意图，当基于当前视点的视角越接近水平时，远处的采样对屏幕像素贡献度(加粗区域)越小，所以可以根据视角(与该前视点高于该渲染体的高度值相关)，省略远处的采样点，从而进一步减少采样点的个数，提高渲染效率。

再进一步地，本发明实施例在根据纹理采样坐标对渲染体对应的纹理密度贴图进行采样时，可以包括：在当前视点的射线上的采样点每采样一次，透明度累加，直到透明度大于或等于目标阈值时，停止在当前视点的射线上的采样。具体地，渲染体的厚度也会影响到渲染效率，以该渲染体为云朵为例，如图13示出的本发明实施例提供的云朵采样透明度累加的示意图，可以假设渲染体(如云朵)的厚度均匀，在当前视点的射线上的采样点每采样一次，透明度累加(例如累加0.2)，直到透明度大于或等于目标阈值时，停止在当前视点的射线上的采样，即往后的采样点(非加粗点)就不需要了，从而进一步减少采样点的个数，提高渲染效率。本发明实施例中该目标阈值优选地可以为1，但也可以接近1的其它数值，例如0.99、1.01等等，本发明实施例不作限制。

再进一步地，本发明实施例中，当基于当前视点，存在该渲染体被场景中的至少一个几何体遮挡的区域时，不针对该遮挡的区域做该渲染体的渲染显示。具体地，如图14示出的本发明实施例提供的遮挡剔除的示意图，该渲染体以云海为例，该至少一个几何体为除该渲染体以外的其他几何体，例如高山、树木等，也就是说，被该高山遮挡住的云海部分(加粗部分)将不进行渲染显示，从而进一步减少采样点的个数，提高渲染效率。

再进一步地，如图15示出的本发明实施例提供的视点移动的示意图，当视点相对于切片前后移动时，会感觉渲染体(云海)剧烈翻滚起来，但是左右移动时翻滚的不明显，这是因为正方向或反方向切片采样的纹理坐标变化幅度最大。本发明实施例计算该采样点的纹理采样坐标的步骤，还可以包括：

当该当前视点相对该渲染体移动时，将移动方向分解成第一移动方向和第二移动方向，其中该第一移动方向与该第二移动方向垂直；该第一移动方向为该当前视点朝向方向的正方向或反方向；

计算移动过程中该当前视点与该渲染体的相对位置时，只计算该当前视点沿该第二移动方向移动时与该渲染体的相对位置；

根据计算得到的相对位置分析所述采样点的纹理采样坐标。

具体地，如图16示出的本发明实施例提供的视点移动过程中的方向向量示意图，加粗箭头是视点的移动方向，扇形区域为视点的朝向，非加粗的箭头是加粗箭头分解成的第一移动方向和第二移动方向，图中该第一移动方向为该当前视点朝向方向的正方向，那么可以忽略该第一移动方向的移动距离，只计算该当前视点沿该第二移动方向移动时与该目标几何体的相对位置即可，从而解决了当视点相对于切片前后移动时，会感觉渲染体(云海)剧烈翻滚起来的问题。

再进一步地，当本发明实施例的渲染体为云海时，当该当前视点穿越该云海时，在该当前视点与该云海的距离小于第四预设阈值时，将该云海的密度贴图进行翻转，并距离在该云海的预设区域内生成一层浓雾。

具体地，由于云3D纹理基本上是一个上窄下宽的形态，所以未经处理时，仰视云海看到的是一个平底的样子，当然3D纹理也可以做成圆底的，但这样3D贴图Z尺寸要增加一倍，渲染时间也要增加一倍。由于我们总是从一个方向看云海的，所以仰视时，可以简单的把云海贴图(即云海的密度贴图)采样翻转一下，如图17示出的本发明实施例提供的云海贴图翻转的效果示意图；本发明实施例当视点穿越云海时，在该当前视点与该云海的距离小于第四预设阈值时，将该云海的密度贴图进行翻转，并距离在该云海的预设区域内生成一层浓雾，如图18示出的本发明实施例提供的浓雾掩盖的示意图，以掩盖云海纹理的突然翻转。而且，该浓雾的密度参数可以随着视点与云海的距离而变化，例如当视点在云尖时，该浓雾的密度参数可以为0，随着视点往云海中间移动，该浓雾的密度参数可以逐渐增大，当视点在云海中间时，该浓雾的密度参数可以达到最大1，随着视点从云海中间往下移动时，该浓雾的密度参数可以逐渐减少，直到该视点离开云海，该浓雾的密度参数可以变为0。

再进一步地，本发明实施例还可以预先配置云海场景中，云海上面和下面的天气，如图19示出的本发明实施例提供的配置云海天气的示意图，可以配置云海下面的天气为阴天、云海上面的天气为晴天，上下天气的过渡由高度插值。

实施本发明实施例，在保证体积几何体效果的前提下，优化了体绘制光线投射算法，可以通过遮挡剔除，切片LOD，减少采样点，球形切片，透视作假，QuarterBuffer等多种手段，GPU消耗时间从原版算法的20ms优化到1ms，大大提高了对目标几何体渲染的效果和效率，降低了显卡处理能力的要求；在渲染云海时，还对穿越云海，仰视云海，以及云海下的环境做了特殊处理，使得云海与场景环境融合一体，效果真实可信。

另外，通过本发明实施例的基于体绘制的图像渲染方法，针对目标几何体的编辑十分简单，只需要填配置参数以及准备3D贴图即可。以该目标几何体为云海为例，如图20示出的本发明实施例提供的云海编辑的界面示意图，云海效果属于场景环境配置，在场景编辑器中调节参数，记录在配置表中，游戏运行时可以动态开启关闭云海，或在不同配置表间切换。因为程序中对参数做了插值处理，所以云海表现为无缝切换，平滑过渡。并且，对应地通过绘图软件自动生成两张3D贴图，一张为云海密度贴图，尺寸可以为256*256*16，另一张为噪声贴图，尺寸可以为32*32*32。下面以游戏场景中实时渲染云海为例进行说明，用户控制游戏人物或当前视点进行移动时，当出现需要渲染的云海时，即将预设的几何体进行球形切片，然后基于当前视点确定球形切片上的采样点，根据当前视点与云海的位置，以及云海的纹理缩放信息计算针对云海的纹理坐标(该坐标为3D坐标)，然后根据该纹理坐标先采样该预先配置该噪声贴图来调整该纹理坐标，并通过调整后的纹理坐标采样该预先配置好的云海密度贴图，从而得到该采样点的颜色值，最终叠加所有球形切片上各个采样点的颜色值，即生成并在场景中显示渲染后的云海图像，并根据游戏人物或当前视点的移动来实时生成对应云海图像。

实施本发明实施例，在保证体积几何体效果的前提下，优化了体绘制光线投射算法，可以通过遮挡剔除，切片LOD，减少采样点，球形切片，透视作假，QuarterBuffer等多种手段，GPU消耗时间从原版算法的20ms优化到1ms，大大提高了对目标几何体渲染的效果和效率，降低了显卡处理能力的要求；在渲染云海时，还对穿越云海，仰视云海，以及云海下的环境做了特殊处理，使得云海与场景环境融合一体，效果真实可信。

为了便于更好地实施本发明实施例的上述方案，本发明还对应提供了一种基于体绘制的图像渲染装置，如图21示出的本发明实施例提供的基于体绘制的图像渲染装置的结构示意图，基于体绘制的图像渲染装置21可以包括：切片模块210、采样点确认模块212、计算模块214、采样模块216和叠加模块218，其中，

切片模块210用于将预设的几何体进行球形切片；

采样点确认模块212用于基于当前视点确定所述球形切片上的采样点；

计算模块214用于计算所述采样点的纹理采样坐标；

采样模块216用于根据所述纹理采样坐标对渲染体对应的纹理密度贴图进行采样，得到所述采样点的颜色值；

叠加模块218用于将所述球形切片上在同一条当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，得到渲染后的图像。

具体地，如图22示出的本发明实施例提供的叠加模块的结构示意图，叠加模块218可以包括：颜色值叠加单元2180和放大单元2182，其中，

颜色值叠加单元2180用于将球形切片上在同一条所述当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，并根据预先配置的渲染目标RT的分辨率绘制得到所述渲染体对应的图像；所述RT的分辨率为显示屏幕分辨率尺寸的N分之一，所述N为2的k次幂，所述k为大于等于1的正整数；

放大单元2182用于将所述渲染体对应的图像放大N倍得到最终渲染图像。

进一步地，如图23示出的本发明提供的基于体绘制的图像渲染装置的另一实施例的结构示意图，基于体绘制的图像渲染装置21包括切片模块210、采样点确认模块212、计算模块214、采样模块216和叠加模块218外，可以包括处理模块2110，用于在切片模块210将所述目标几何体进行球形切片之后，采样点确认模块212基于当前视点确定所述球形切片上的采样点之前，设置切片密度随着与所述当前视点的距离的增加而减少。

再进一步地，本发明实施例中的计算模块214计算所述采样点的纹理采样坐标包括计算渲染体对应的渲染计算使用的高度；其中

当所述当前视点与所述渲染体的距离小于第一预设阈值时，所述渲染计算使用的高度等于所述渲染体的物理高度；

当所述当前视点与所述渲染体的距离大于所述第一预设阈值时，若所述当前视点在所述渲染体的上方，则进行渲染计算使用的高度为所述渲染体的物理高度加上一移动高度值；若所述当前视点在所述渲染体的下方，则进行渲染计算使用的高度为所述渲染体的物理高度减掉一移动高度值；其中所述移动高度值随着所述当前视点与所述渲染体的距离的增大而增大，且所述渲染计算使用的高度位于所述当前视点的物理高度与所述渲染体的物理高度之间。

采样点确认模块212可以包括确认子单元，用于在当前视点的射线穿过所述球形切片的点中，只确认在所述渲染体内及其邻近的点作为采样点。

再进一步地，如图24示出的本发明实施例提供的采样点确认模块的结构示意图，采样点确认模块212可以包括：采样半径增加单元2120和半径确认单元2122，其中，

采样半径增加单元2120用于当所述当前视点高于所述渲染体的高度值大于第二预设阈值且小于第三预设阈值时，基于所述当前视点的采样半径根据所述高度值的增减而增减；

半径确认单元2122用于根据增减后的所述采样半径确定所述球形切片上的采样点。

再进一步地，本发明实施例中的采样模块216具体用于在当前视点的射线上的采样点每采样一次，透明度累加，直到透明度大于或等于目标阈值时，停止在当前视点的射线上的采样。

再进一步地，当基于当前视点，存在所述渲染体被场景中的至少一个几何体遮挡的区域时，不针对所述遮挡的区域做所述渲染体的渲染显示。

再进一步地，如图25示出的本发明实施例提供的计算模块的结构示意图，计算模块214可以包括：分解单元2140、位置计算单元2142和分析单元2144，其中，

分解单元2140用于当所述当前视点相对所述渲染体移动时，将移动方向分解成第一移动方向和第二移动方向，其中所述第一移动方向与所述第二移动方向垂直；所述第一移动方向为所述当前视点朝向方向的正方向或反方向；

位置计算单元2142用于计算移动过程中所述当前视点与所述渲染体的相对位置时，只计算所述当前视点沿所述第二移动方向移动时与所述渲染体的相对位置；

分析单元2144用于根据计算得到的相对位置分析所述采样点的纹理采样坐标。

再进一步地，本发明实施例的渲染体包括云海，如图26示出的本发明实施例提供的采样模块的结构示意图，采样模块216可以包括：翻转单元2160和获取单元2162，其中，

翻转单元2160用于当所述当前视点穿越所述云海时，在所述当前视点与所述云海的距离小于第四预设阈值时，将所述云海对应的纹理密度贴图进行翻转，并距离在所述云海的预设区域内生成一层浓雾；

获取单元2162用于对翻转后的所述云海对应的纹理密度贴图进行采样。

请参阅图27，图27是本发明提供的基于体绘制的图像渲染装置的另一实施例的结构示意图。其中，如图27所示，基于体绘制的图像渲染装置270可以包括：至少一个处理器2701，例如CPU，至少一个网络接口2704，用户接口2703，存储器2705，至少一个通信总线2702以及显示屏2706。其中，通信总线2702用于实现这些组件之间的连接通信。其中，用户接口2703可以包括键盘或鼠标等等。网络接口2704可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如WI-FI接口)。存储器2705可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器，存储器2705包括本发明实施例中的flash。存储器2705可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器2701的存储系统。如图27所示，作为一种计算机存储介质的存储器2705中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及基于体绘制的图像渲染程序。

处理器2701可以用于调用存储器2705中存储的基于体绘制的图像渲染程序，并执行以下操作：

将预设的几何体进行球形切片；

基于当前视点确定所述球形切片上的采样点；

计算所述采样点的纹理采样坐标，并根据所述纹理采样坐标对渲染体对应的纹理密度贴图进行采样，得到所述采样点的颜色值；

将所述球形切片上在同一条当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，得到渲染后的图像。

具体地，处理器2701将球形切片上在同一条所述当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，得到渲染后的图像，包括：

将球形切片上在同一条所述当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，并根据预先配置的渲染目标RT的分辨率绘制得到所述渲染体对应的图像；所述RT的分辨率为显示屏幕分辨率尺寸的N分之一，所述N为2的k次幂，所述k为大于等于1的正整数；

将所述渲染体对应的图像放大N倍得到最终渲染图像。

具体地，处理器2701将所述目标几何体进行球形切片之后，所述基于当前视点确定所述球形切片上的采样点之前，还可以执行：

设置切片密度随着与所述当前视点的距离的增加而减少。

进一步地，处理器2701计算所述采样点的纹理采样坐标包括计算渲染体对应的渲染计算使用的高度；其中

当所述当前视点与所述渲染体的距离小于第一预设阈值时，所述渲染计算使用的高度等于所述渲染体的物理高度；

当所述当前视点与所述渲染体的距离大于所述第一预设阈值时，若所述当前视点在所述渲染体的上方，则进行渲染计算使用的高度为所述渲染体的物理高度加上一移动高度值；若所述当前视点在所述渲染体的下方，则进行渲染计算使用的高度为所述渲染体的物理高度减掉一移动高度值；其中所述移动高度值随着所述当前视点与所述渲染体的距离的增大而增大，且所述渲染计算使用的高度位于所述当前视点的物理高度与所述渲染体的物理高度之间。

进一步地，处理器2701基于当前视点确定所述球形切片上的采样点包括：

在当前视点的射线穿过所述球形切片的点中，确认在所述渲染体内及其邻近的点作为采样点。

进一步地，处理器2701基于当前视点确定所述球形切片上的采样点包括：

当所述当前视点高于所述渲染体的高度值大于第二预设阈值且小于第三预设阈值时，基于所述当前视点的采样半径根据所述高度值的增减而增减；

根据增减后的所述采样半径确定所述球形切片上的采样点。

进一步地，处理器2701根据所述纹理采样坐标对渲染体对应的纹理密度贴图进行采样包括：

在当前视点的射线上的采样点每采样一次，透明度累加，直到透明度大于或等于目标阈值时，停止在当前视点的射线上的采样。

进一步地，当基于当前视点，存在所述渲染体被场景中的至少一个几何体遮挡的区域时，不针对所述遮挡的区域做所述渲染体的渲染显示。

进一步地，处理器2701计算所述采样点的纹理采样坐标包括：

当所述当前视点相对所述渲染体移动时，将移动方向分解成第一移动方向和第二移动方向，其中所述第一移动方向与所述第二移动方向垂直；所述第一移动方向为所述当前视点朝向方向的正方向或反方向；

计算移动过程中所述当前视点与所述渲染体的相对位置时，只计算所述当前视点沿所述第二移动方向移动时与所述渲染体的相对位置；

根据计算得到的相对位置分析所述采样点的纹理采样坐标。

进一步地，该渲染体包括云海；处理器2701根据所述纹理采样坐标对渲染体对应的纹理密度贴图进行采样包括：

当所述当前视点穿越所述云海时，在所述当前视点与所述云海的距离小于第四预设阈值时，将所述云海对应的纹理密度贴图进行翻转，并距离在所述云海的预设区域内生成一层浓雾；

对翻转后的所述云海对应的纹理密度贴图进行采样。

需要说明的是，本发明实施例中的基于体绘制的图像渲染装置270可以为个人计算机、平板电脑、智能移动设备等电子设备。本发明实施例中的基于体绘制的图像渲染装置21或基于体绘制的图像渲染装置270的各功能模块的功能可根据上述方法实施例中的方法具体实现，其具体实现过程可以参照上述方法实施例的相关描述，此处不再赘述。

综上所述，实施本发明实施例，在保证体积几何体效果的前提下，优化了体绘制光线投射算法，可以通过遮挡剔除，切片LOD，减少采样点，球形切片，透视作假，QuarterBuffer等多种手段，GPU消耗时间从原版算法的20ms优化到1ms，大大提高了对目标几何体渲染的效果和效率，降低了显卡处理能力的要求；在渲染云海时，还对穿越云海，仰视云海，以及云海下的环境做了特殊处理，使得云海与场景环境融合一体，效果真实可信。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (20)

1.一种基于体绘制的图像渲染方法，其特征在于，包括：

将预设的几何体进行球形切片；

基于当前视点确定所述球形切片上的采样点；

计算所述采样点的纹理采样坐标，并根据所述纹理采样坐标对渲染体对应的纹理密度贴图进行采样，得到所述采样点的颜色值；

将所述球形切片上在同一条当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，得到渲染后的图像。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将球形切片上在同一条所述当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，得到渲染后的图像，包括：

将球形切片上在同一条所述当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，并根据预先配置的渲染目标的分辨率绘制得到所述渲染体对应的图像；所述渲染目标的分辨率为显示屏幕分辨率尺寸的N分之一，所述N为2的k次幂，所述k为大于等于1的正整数；

将所述渲染体对应的图像放大N倍得到最终渲染图像。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述目标几何体进行球形切片之后，所述基于当前视点确定所述球形切片上的采样点之前，还包括：

设置切片密度随着与所述当前视点的距离的增加而减少。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述采样点的纹理采样坐标包括计算渲染体对应的渲染计算使用的高度；其中

当所述当前视点与所述渲染体的距离小于第一预设阈值时，所述渲染计算使用的高度等于所述渲染体的物理高度；

当所述当前视点与所述渲染体的距离大于所述第一预设阈值时，若所述当前视点在所述渲染体的上方，则进行渲染计算使用的高度为所述渲染体的物理高度加上一移动高度值；若所述当前视点在所述渲染体的下方，则进行渲染计算使用的高度为所述渲染体的物理高度减掉一移动高度值；其中所述移动高度值随着所述当前视点与所述渲染体的距离的增大而增大，且所述渲染计算使用的高度位于所述当前视点的物理高度与所述渲染体的物理高度之间。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于当前视点确定所述球形切片上的采样点包括：

在当前视点的射线穿过所述球形切片的点中，确认在所述渲染体内及其邻近的点作为采样点。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于当前视点确定所述球形切片上的采样点包括：

当所述当前视点高于所述渲染体的高度值大于第二预设阈值且小于第三预设阈值时，基于所述当前视点的采样半径根据所述高度值的增减而增减；

根据增减后的所述采样半径确定所述球形切片上的采样点。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述纹理采样坐标对渲染体对应的纹理密度贴图进行采样包括：

在当前视点的射线上的采样点每采样一次，透明度累加，直到透明度大于或等于目标阈值时，停止在当前视点的射线上的采样。

8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当基于当前视点，存在所述渲染体被场景中的至少一个几何体遮挡的区域时，不针对所述遮挡的区域做所述渲染体的渲染显示。

9.如权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述计算所述采样点的纹理采样坐标包括：

当所述当前视点相对所述渲染体移动时，将移动方向分解成第一移动方向和第二移动方向，其中所述第一移动方向与所述第二移动方向垂直；所述第一移动方向为所述当前视点朝向方向的正方向或反方向；

计算移动过程中所述当前视点与所述渲染体的相对位置时，只计算所述当前视点沿所述第二移动方向移动时与所述渲染体的相对位置；

根据计算得到的相对位置分析所述采样点的纹理采样坐标。

10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述渲染体包括云海；所述根据所述纹理采样坐标对渲染体对应的纹理密度贴图进行采样包括：

当所述当前视点穿越所述云海时，在所述当前视点与所述云海的距离小于第四预设阈值时，将所述云海对应的纹理密度贴图进行翻转，并距离在所述云海的预设区域内生成一层浓雾；

对翻转后的所述云海对应的纹理密度贴图进行采样。

11.一种基于体绘制的图像渲染装置，其特征在于，包括：

切片模块，用于将预设的几何体进行球形切片；

采样点确认模块，用于基于当前视点确定所述球形切片上的采样点；

计算模块，用于计算所述采样点的纹理采样坐标；

采样模块，用于根据所述纹理采样坐标对渲染体对应的纹理密度贴图进行采样，得到所述采样点的颜色值；

叠加模块，用于将所述球形切片上在同一条当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，得到渲染后的图像。

12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述叠加模块包括：

颜色值叠加单元，用于将球形切片上在同一条所述当前视点的视射线中的采样点的颜色值进行叠加，并根据预先配置的渲染目标RT的分辨率绘制得到所述渲染体对应的图像；所述RT的分辨率为显示屏幕分辨率尺寸的N分之一，所述N为2的k次幂，所述k为大于等于1的正整数；

放大单元，用于将所述渲染体对应的图像放大N倍得到最终渲染图像。

13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括：

处理模块，用于在所述切片模块将所述目标几何体进行球形切片之后，所述采样点确认模块基于当前视点确定所述球形切片上的采样点之前，设置切片密度随着与所述当前视点的距离的增加而减少。

14.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述计算模块计算所述采样点的纹理采样坐标包括计算渲染体对应的渲染计算使用的高度；其中

当所述当前视点与所述渲染体的距离小于第一预设阈值时，所述渲染计算使用的高度等于所述渲染体的物理高度；

当所述当前视点与所述渲染体的距离大于所述第一预设阈值时，若所述当前视点在所述渲染体的上方，则进行渲染计算使用的高度为所述渲染体的物理高度加上一移动高度值；若所述当前视点在所述渲染体的下方，则进行渲染计算使用的高度为所述渲染体的物理高度减掉一移动高度值；其中所述移动高度值随着所述当前视点与所述渲染体的距离的增大而增大，且所述渲染计算使用的高度位于所述当前视点的物理高度与所述渲染体的物理高度之间。

15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述采样点确认模块包括确认子单元，用于在当前视点的射线穿过所述球形切片的点中，确认在所述渲染体内及其邻近的点作为采样点。

16.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述采样点确认模块包括：

采样半径增加单元，用于当所述当前视点高于所述渲染体的高度值大于第二预设阈值且小于第三预设阈值时，基于所述当前视点的采样半径根据所述高度值的增减而增减；

半径确认单元，用于根据增减后的所述采样半径确定所述球形切片上的采样点。

17.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述采样模块具体用于在当前视点的射线上的采样点每采样一次，透明度累加，直到透明度大于或等于目标阈值时，停止在当前视点的射线上的采样。

18.如权利要求11所述的装置，其特征在于，当基于当前视点，存在所述渲染体被场景中的至少一个几何体遮挡的区域时，不针对所述遮挡的区域做所述渲染体的渲染显示。

19.如权利要求11-18任一项所述的装置，其特征在于，所述计算模块包括：

分解单元，用于当所述当前视点相对所述渲染体移动时，将移动方向分解成第一移动方向和第二移动方向，其中所述第一移动方向与所述第二移动方向垂直；所述第一移动方向为所述当前视点朝向方向的正方向或反方向；

位置计算单元，用于计算移动过程中所述当前视点与所述渲染体的相对位置时，只计算所述当前视点沿所述第二移动方向移动时与所述渲染体的相对位置；

分析单元，用于根据计算得到的相对位置分析所述采样点的纹理采样坐标。

20.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述渲染体包括云海；所述采样模块包括：

翻转单元，用于当所述当前视点穿越所述云海时，在所述当前视点与所述云海的距离小于第四预设阈值时，将所述云海对应的纹理密度贴图进行翻转，并距离在所述云海的预设区域内生成一层浓雾；

获取单元，用于对翻转后的所述云海对应的纹理密度贴图进行采样。