CN107507262A - 一种大场景的三维渲染方法及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种大场景的三维渲染方法及系统，采用双队列技术控制渲染线程与其他线程间异步执行，防止其他线程阻塞渲染线程，大大提高了进程间的运行效率。将当前待渲染场景三维渲染所需的渲染数据动态加载到内存；确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则，并依据所述预设渲染加速规则，调用所述渲染线程对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行三维渲染。针对不同渲染场景采用相应的渲染加速技术对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行分类、分批次渲染，实现加速渲染，降低能耗，改善了用户体验。

Description

一种大场景的三维渲染方法及系统

技术领域

本发明涉及图像渲染技术领域，更具体的，涉及一种大场景的三维渲染方法及系统。

背景技术

随着移动互联网应用的飞速发展，各种移动端应用产品层出不穷，用户对移动端应用产品的选择越来越多的同时，对应用产品的要求也越来越高。为了吸引用户眼球，很多应用产品，例如，网络游戏、电子地图等，都会采用大量三维渲染技术，营造更具真实感的三维场景。

然而，大量的三维渲染在运行时往往会消耗很多的内存和显存资源，移动端的耗电量相对变快。因此，具有大量三维渲染的应用产品对移动端的性能要求较高，容易造成移动端中应用的卡顿，耗电量加快等问题，用户体验差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种大场景的三维渲染方法及系统，采用双队列技术保证线程间异步执行，防止其他线程阻塞渲染线程，并采用多种渲染加速规则实现渲染加速。

为了实现上述发明目的，本发明提供的具体技术方案如下：

一种大场景的三维渲染方法，包括：

采用双队列技术控制渲染线程与其他线程间异步执行；

将当前待渲染场景三维渲染所需的渲染数据动态加载到内存；

确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则，并依据所述预设渲染加速规则，调用所述渲染线程对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行三维渲染。

优选的，所述将当前待渲染场景三维渲染所需的渲染数据动态加载到内存，包括：

设置多个内存阈值；

根据当前内存占用值与每个所述内存阈值的关系，确定当前第一数据加载速度；

根据所述当前第一数据加载速度将当前待渲染场景三维渲染所需的渲染数据动态加载到内存。

可选的，所述确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则，并依据所述预设渲染加速规则，调用所述渲染线程对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行三维渲染，包括：

当所述当前待渲染场景中存在多个纹理数据和模型数据相同的待渲染物体时，确定所述预设渲染加速规则为实例渲染规则；

将多个纹理数据和模型数据相同的所述待渲染物体划分为同一个渲染批次；

控制所述渲染线程对所述当前待渲染场景中同一渲染批次的多个所述待渲染物体同时进行三维渲染。

可选的，所述确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则，并依据所述预设渲染加速规则，调用所述渲染线程对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行三维渲染，包括：

当所述当前渲染场景中存在动态物体时，确定所述预设渲染加速规则为动静结合渲染规则；

将所述当前待渲染场景中的多个所述待渲染物体划分为静态物体和动态物体；

控制所述渲染线程对当前待渲染当场景中所有所述待渲染物体进行三维渲染；

当所述动态物体运动时，控制所述渲染线程对所述动态物体进行三维渲染，并在渲染完成后，对当前待渲染场景中的所述静态物体和所述动态物体进行合成。

可选的，所述确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则，并依据所述预设渲染加速规则，调用所述渲染线程对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行三维渲染，包括：

当所述当前待渲染场景中存在多个待渲染物体时，确定所述预设渲染加速规则为渲染排序规则；

根据当前渲染视角，按从近到远的顺序对多个所述待渲染物体进行排序；

控制所述渲染线程按从近到远的顺序依次对每个所述待渲染物体进行三维渲染。

优选的，所述渲染数据包括纹理数据和模型数据，在所述确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则之前，所述方法还包括：

根据纹理多级调度规则，将所述纹理数据从内存加载到显存；

依据模型多级调度规则，将所述模型数据从内存加载到显存。

优选的，所述根据纹理多级调度规则，将所述纹理数据从内存加载到显存，包括：

设置多个显存阈值；

根据当前显存占用值与每个所述显存阈值的关系，确定当前第二数据加载速度；

根据所述当前第二数据加载速度将所述纹理数据加载到显存。

优选的，所述依据模型多级调度规则，将所述模型数据从内存加载到显存，包括：

根据当前渲染视角，按从近到远的顺序对三维渲染对应的多个待渲染物体进行排序；

按从近到远的顺序依次将每个所述待渲染物体所需的模型数据加载到显存。

优选的，所述方法还包括：

获取当前内存占用值；

判断当前内存占用值是否大于预设值，若是，停止对内存的申请，并发出内存警告。

一种大场景的三维渲染系统，包括：

控制单元，用于采用双队列技术控制渲染线程与其他线程间异步执行；

动态加载单元，用于将当前待渲染场景三维渲染所需的渲染数据动态加载到内存；

三维渲染加速单元，用于确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则，并依据所述预设渲染加速规则，调用所述渲染线程对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行三维渲染。

相对于现有技术，本发明的有益效果如下：

本发明提供的大场景的三维渲染方法及系统，采用双队列技术控制渲染线程与其他线程间异步执行，防止其他线程阻塞渲染线程，大大提高了进程间的运行效率。将当前待渲染场景三维渲染所需的渲染数据动态加载到内存；确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则，并依据所述预设渲染加速规则，调用所述渲染线程对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行三维渲染。针对不同渲染场景采用相应的渲染加速技术对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行分类、分批次渲染，实现加速渲染，降低能耗，改善了用户体验。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种大场景的三维渲染方法流程图；

图2为本发明实施例公开的一种大场景的三维渲染方法的子流程图；

图3为本发明实施例公开的一种大场景的三维渲染方法的又一子流程图；

图4为本发明实施例公开的一种大场景的三维渲染方法的又一子流程图；

图5为本发明实施例公开的另一种大场景的三维渲染方法流程图。

图6为本发明实施例公开的一种大场景的三维渲染系统的结构示意图。

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做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。

请参阅图1，本实施例公开了一种三维渲染的资源调度方法，应用于各种具有三维渲染的移动端应用产品，所述方法包括：

S101：采用双队列技术控制渲染线程与其他线程间异步执行；

将三维渲染划分为多个线程，所述多个线程至少包括资源管理和调度线程、纹理加载线程、模型加载线程和渲染线程；

资源管理和调度线程、纹理加载线程和模型数据加载线程是根据处理事件的优先级进行划分的，所述资源管理和调度线程用于为渲染组织数据，不能被阻塞，具有第一优先级，所述纹理加载线程和所述模型数据加载线程具有第二优先级，分别用于加载纹理数据和模型数据。所述纹理加载线程和所述模型数据加载线程加载的数据分别来自不同的数据表，所述纹理加载线程和所述模型数据加载线程互不影响，可以并行执行。

将三维渲染划分为多个线程，可以充分利用移动端处理器多核的特点，加快运行速度，并且保证各项工作互不干扰，如数据的加载不会影响渲染。

双队列技术保证线程间的异步执行，防止其他线程阻塞渲染线程，以下以资源管理和调度线程与渲染线程为例进行说明。

在现有技术中，资源管理和调度线程负责对当前场景中的待渲染物体进行裁剪，即，判断哪些物体可见，然后把这些待渲染物体存放到一个渲染队列中；渲染线程用于对待渲染物体进行渲染。由于渲染队列在一个时刻只能有一个线程对其进行读写，因此如果采用单队列的话，就会产生线程之间的阻塞，影响渲染效率。

本实施例采用双队列技术，资源管理和调度线程负责往一个队列A中写，渲染线程负责从另一个队列B中读，只有当资源管理和调度线程写完一个队列时，才进行两个队列A和B的交换，然后资源管理和调度线程负责往队列B中写，渲染线程负责从另一个队列A中读，这样只有在交换瞬间产生阻塞，大大提高进程间的运行效率。

S102：将当前待渲染场景三维渲染所需的渲染数据动态加载到内存；

请参阅图2，本实施例采用内存多级调度规则对所述渲染数据动态加载到内存，S102的一种优选实施方式如下：

S201：设置多个内存阈值；

S202：根据当前内存占用值与每个所述内存阈值的关系，确定当前第一数据加载速度；

S203：根据所述当前第一数据加载速度将当前待渲染场景三维渲染所需的渲染数据动态加载到内存。

需要说明的是，为了更高效的使用内存空间，请参阅图3，在S201设置多个内存阈值之后，所述方法还包括：

S204：根据当前内存占用值与每个所述内存阈值的关系，确定当前第一数据删除速度；

S205：控制所述资源管理和调度线程根据所述当前第一数据删除速度从内存删除无用数据。

优选的，当设置三个内存阈值Height、Mid和Low时，当当前内存占用值小于Low时，可以快速的将要加载的数据加载到内存，且不从内存删除数据；当当前内存占用值大于等于Low且小于Mid时，缓慢的加载数据到内存，并从内存中删除无用的数据，需要说明的是，无用的数据为当前暂时不用的数据；当当前内存占用值大于等于Mid且小于Height时，不加载数据，并从内存中快速删除无用的数据。

需要说明的是，上述快速和慢速是相对的，可以根据内存多级调度规则分别预先设定快速和慢速对应的当前第一数据加载速度和当前第一数据删除速度。

作为本实施例的一种优选实施方式，所述三维渲染的资源调度方法还提供自动根据不同移动端的软硬件环境实时计算内存策略，并允许后期更新所述内存策略，请参阅图4，在S201之前，所述方法提供的内存策略包括：

S206：获取当前内存占用值；

S207：判断当前内存占用值是否大于预设值，若是，执行S208，若否，执行S201；

S208：停止对内存的申请，并发出内存警告。

所述预设值为根据实际需要预先设定的值，发出内存警告的形式可以为文字提醒、语音提醒、振动提醒、图像提醒等任何一种可以起到提示作用的方式。

优选的，当接收到外部的内存警告时，也可以根据外部的内存警告，停止对内存的申请。相应的，系统还可以同时向运行在移动终端的其他插件或应用发出内存警告。

S103：确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则，并依据所述预设渲染加速规则，调用所述渲染线程对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行三维渲染。

针对当前待渲染场景的特点，如：是否存在多个纹理数据和模型数据相同的待渲染物体，是否存在动态物体等，确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则。

可选的，当所述当前待渲染场景中存在多个纹理数据和模型数据相同的待渲染物体时，确定所述预设渲染加速规则为实例渲染规则；将多个纹理数据和模型数据相同的所述待渲染物体划分为同一个渲染批次；控制所述渲染线程对所述当前待渲染场景中同一渲染批次的多个所述待渲染物体同时进行三维渲染。

在这种渲染方法中，添加实例渲染，即，将当前多个待渲染物体中纹理数据和模型数据相同的多个待渲染物体划分为同一个实例，即，同一个渲染批次。

实例渲染是针对高重复的模型提供的一套渲染方法，以树为例，在场景中存在很多树，他们外形相同，使用的同一个模型，只是位置不同。假如按照传统的渲染方法，100棵树渲染绘制100个批次，渲染效率很低，如果使用实例渲染，可以将他们在一个批次内渲染完成，渲染效率非常高。

可选的，当所述当前渲染场景中存在动态物体时，确定所述预设渲染加速规则为动静结合渲染规则；将所述当前待渲染场景中的多个所述待渲染物体划分为静态物体和动态物体；控制所述渲染线程对当前待渲染当场景中所有所述待渲染物体进行三维渲染；当所述动态物体运动时，控制所述渲染线程对所述动态物体进行三维渲染，并在渲染完成后，对当前待渲染场景中的所述静态物体和所述动态物体进行合成。

在这种渲染方法中，当前待渲染场景静止时，减少了渲染线程的活动时间，降低了能耗，达到了节能的目的。

可选的，当所述当前待渲染场景中存在多个待渲染物体时，确定所述预设渲染加速规则为渲染排序规则；根据当前渲染视角，按从近到远的顺序对多个所述待渲染物体进行排序；控制所述渲染线程按从近到远的顺序依次对每个所述待渲染物体进行三维渲染。

可以理解的是，在三维渲染过程中，系统分块(即，待渲染物体)进行渲染，控制所述渲染线程按从近到远的顺序依次对每个所述待渲染物体进行渲染，从而加速渲染。

对于将同一个待渲染物体中的一个或一个以上纹理和一个或一个以上模型数据进行合并确定为同一个渲染批次，举例说明如下：

例如：在电子地图中，建筑物A为一个待渲染物体，然而建筑物A是由多个纹理和模型数据组成的，现有技术中，将每一个纹理和对应的模型数据进行组合，作为一个批次进行渲染，这样对建筑物A的渲染需要多批次渲染，渲染速度慢。本实施例，将建筑物A的多个纹理和模型数据进行合并确定为同一个渲染批次，这样就能一次对建筑物A进行渲染，从而加速渲染。

可选的，采用多种渲染加速技术，包括：利用VBO、VAO技术，通过将纹理数据和模型数据上传显存，减少OpenGL接口的调用，加速渲染。

需要说明的是，在实际渲染过程中，上述多种渲染加速方法可以单独使用，也可以组合使用，加速渲染，减低能耗。

作为本实施例的一种优选实施方式，所述渲染数据包括纹理数据和模型数据，请参阅图5，在S103之前还包括：

S104：根据纹理多级调度规则，将所述纹理数据从内存加载到显存；

S105：依据模型多级调度规则，将所述模型数据从内存加载到显存。

所述根据纹理多级调度规则，将所述纹理数据从内存加载到显存，包括：

设置多个显存阈值；根据当前显存占用值与每个所述显存阈值的关系，确定当前第二数据加载速度；根据所述当前第二数据加载速度将所述纹理数据加载到显存。

优选的，在所述设置多个显存阈值之后，所述方法还包括：

根据当前显存占用值与每个所述显存阈值的关系，确定当前第二数据删除速度；控制所述纹理加载线程根据所述当前第二数据删除速度从显存删除无用数据。纹理多级调度规则与上述内存多级调度规则的原理相似，在此不再赘述。

所述依据模型多级调度规则，将所述模型数据从内存加载到显存，包括：

根据当前渲染视角，按从近到远的顺序对三维渲染对应的多个待渲染物体进行排序；按从近到远的顺序依次将每个所述待渲染物体所需的模型数据加载到显存。

优选的，本实施例依据LRU调度算法删除当前不需要的模型数据。LRU (Leastrecently used，最近最少使用)算法根据数据的历史访问记录来进行淘汰数据，其核心思想是将最近最久未使用的数据进行淘汰。

基于上述实施例公开的一种大场景的三维渲染方法，请参阅图6，本实施例对应公开了一种大场景的三维渲染系统，包括：

控制单元101，用于采用双队列技术控制渲染线程与其他线程间异步执行；

动态加载单元102，用于将当前待渲染场景三维渲染所需的渲染数据动态加载到内存；

三维渲染加速单元103，用于确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则，并依据所述预设渲染加速规则，调用所述渲染线程对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行三维渲染。

本实施例公开的大场景的三维渲染系统中各个单元的功能和具体实施方式请参考上述对大场景的三维渲染方法实施例的描述，在此不再赘述。

本实施例提供的大场景的三维渲染系统，采用双队列技术控制渲染线程与其他线程间异步执行，防止其他线程阻塞渲染线程，大大提高了进程间的运行效率。将当前待渲染场景三维渲染所需的渲染数据动态加载到内存；确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则，并依据所述预设渲染加速规则，调用所述渲染线程对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行三维渲染。针对不同渲染场景采用相应的渲染加速技术对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行分类、分批次渲染，实现加速渲染，降低能耗，改善了用户体验。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种大场景的三维渲染方法，其特征在于，包括：

采用双队列技术控制渲染线程与其他线程间异步执行；

将当前待渲染场景三维渲染所需的渲染数据动态加载到内存；

确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则，并依据所述预设渲染加速规则，调用所述渲染线程对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行三维渲染。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将当前待渲染场景三维渲染所需的渲染数据动态加载到内存，包括：

设置多个内存阈值；

根据当前内存占用值与每个所述内存阈值的关系，确定当前第一数据加载速度；

根据所述当前第一数据加载速度将当前待渲染场景三维渲染所需的渲染数据动态加载到内存。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则，并依据所述预设渲染加速规则，调用所述渲染线程对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行三维渲染，包括：

当所述当前待渲染场景中存在多个纹理数据和模型数据相同的待渲染物体时，确定所述预设渲染加速规则为实例渲染规则；

将多个纹理数据和模型数据相同的所述待渲染物体划分为同一个渲染批次；

控制所述渲染线程对所述当前待渲染场景中同一渲染批次的多个所述待渲染物体同时进行三维渲染。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则，并依据所述预设渲染加速规则，调用所述渲染线程对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行三维渲染，包括：

当所述当前渲染场景中存在动态物体时，确定所述预设渲染加速规则为动静结合渲染规则；

将所述当前待渲染场景中的多个所述待渲染物体划分为静态物体和动态物体；

控制所述渲染线程对当前待渲染当场景中所有所述待渲染物体进行三维渲染；

当所述动态物体运动时，控制所述渲染线程对所述动态物体进行三维渲染，并在渲染完成后，对当前待渲染场景中的所述静态物体和所述动态物体进行合成。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则，并依据所述预设渲染加速规则，调用所述渲染线程对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行三维渲染，包括：

当所述当前待渲染场景中存在多个待渲染物体时，确定所述预设渲染加速规则为渲染排序规则；

根据当前渲染视角，按从近到远的顺序对多个所述待渲染物体进行排序；

控制所述渲染线程按从近到远的顺序依次对每个所述待渲染物体进行三维渲染。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述渲染数据包括纹理数据和模型数据，在所述确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则之前，所述方法还包括：

根据纹理多级调度规则，将所述纹理数据从内存加载到显存；

依据模型多级调度规则，将所述模型数据从内存加载到显存。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据纹理多级调度规则，将所述纹理数据从内存加载到显存，包括：

设置多个显存阈值；

根据当前显存占用值与每个所述显存阈值的关系，确定当前第二数据加载速度；

根据所述当前第二数据加载速度将所述纹理数据加载到显存。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述依据模型多级调度规则，将所述模型数据从内存加载到显存，包括：

根据当前渲染视角，按从近到远的顺序对三维渲染对应的多个待渲染物体进行排序；

按从近到远的顺序依次将每个所述待渲染物体所需的模型数据加载到显存。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获取当前内存占用值；

判断当前内存占用值是否大于预设值，若是，停止对内存的申请，并发出内存警告。

10.一种大场景的三维渲染系统，其特征在于，包括：

控制单元，用于采用双队列技术控制渲染线程与其他线程间异步执行；

动态加载单元，用于将当前待渲染场景三维渲染所需的渲染数据动态加载到内存；

三维渲染加速单元，用于确定当前待渲染场景对应的预设渲染加速规则，并依据所述预设渲染加速规则，调用所述渲染线程对当前待渲染场景中的多个待渲染物体进行三维渲染。