CN108109204A - 一种制作和渲染大规模地形的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
一种制作和渲染大规模地形的系统，包括，地形编辑器和游戏客户端，其中，所述地形编辑器，其用于创建当前地形，并对生成的地形数据进行处理，序列化为游戏运行时需要的数据；所述游戏客户端，其在游戏运行过程中，对地形管理对象进行实例化，赋予基础渲染纹理，对地形进行渲染；所述地形数据，包括，地形高度数据，地表纹理数据，植被数据。本发明还提供一种制作和渲染大规模地形的系统方法，可以制作不同形状的地表，有效降低纹理混合次数，提高渲染效率，可以有效降低视野内网格数量，降低渲染压力和内存占用。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及一种制作和渲染大规模地形的 系统和方法。
背景技术
目前随着移动平台硬件和用户需求的快速发展，对游戏场景地形的大规模 性、真实性等不断提出更新更高的要求。然而，对大规模的地形进行制作，真 实，高效的渲染一直以来都是游戏开发所面对的一个热点和难点问题。
目前地形的制作主要采用整体构建，整体渲染的实现方法，整块地形一个 网格，多层纹理实时混合，没有接缝，具有较高的真实性，制作效率也较高。
现有的整体渲染的实现方法，不支持不规则形状表达，限制了适用范围。 优化网格界面手段有限，纹理采样次数过高，内存过大，在移动平台无法承载 较大地形。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制作和渲染大规模地形的方法及系统，能够在 展现大规模地形的前提下，具有较高的制作效率，较低的性能消耗和真实的渲 染效果。
为了实现上述发明目的，本发明提供了一种制作和渲染大规模地形的系统， 包括，地形编辑器和游戏客户端，其中，
所述地形编辑器，其用于创建当前地形，并对生成的地形数据进行处理， 序列化为游戏运行时需要的数据；
所述游戏客户端，其在游戏运行过程中，对地形管理对象进行实例化，赋 予基础渲染纹理，对地形进行渲染；
所述地形数据，包括，地形高度数据，地表纹理数据，植被数据。
进一步地，所述地形编辑器，包括，地形创建模块、基础贴图烘焙模块、 植被数据生成模块、网格切割模块、地形数据生成模块，其中，
所述地形创建模块，其创建当前地形；
所述基础贴图烘焙模块，其将光照数据烘焙到光照贴图，将实时混合的多层 纹理烘焙成一张基础贴图；
所述植被数据生成模块，其从当前地形分离出植被数据；
所述网格切割模块，其将当前地形切割，导出并修改网格；
所述地形数据生成模块，用于发布地形数据。
更进一步地，所述游戏客户端，包括，地形索引数据加载模块、地形管理 模块、区块管理模块、植被管理模块、地形渲染模块，其中，
所述地形索引数据加载模块，其用于加载地形索引数据；
所述地形管理模块，其根据当前视野距离和地形索引数据，搜索出视野内的地 形区块索引并初始化对应的区块管理器；
所述区块管理模块，用于加载对应地形区块的网格，并根据细节显示距离和 当前观察点的位置，判断该区块是否需要渲染不同精度的地块纹理，以进行渲染效 果，判断是否需要显示植被，如果需要初始化植被管理器；
所述植被管理模块，其用于完成植被的加载和渲染；
所述地形渲染模块，其根据光照贴图数据，加载对应的光照贴图，复原地形 的光照效果，完成地形渲染。
为了实现上述发明目的，本发明还提供了一种制作和渲染大规模地形的方 法，其包括以下步骤：
创建当前地形；
将光照数据烘焙到光照贴图，并将实时混合的多层纹理烘焙成一张基础贴 图；
从当前地形分离植被数据；
将当前地形切割，导出并修改网格；
在游戏运行阶段中加载地形索引数据及对应的地块网格；
渲染不同精度地块纹理；
加载和渲染地块植被；
加载地块光照贴图，完成地块渲染。
进一步地，所述创建当前地形的步骤，包括，创建整体地形，构造地形高 度，地表纹理，植被数据。
进一步地，并将实时混合的多层纹理烘焙成一张基础贴图的步骤，进一步 包括：使用SNAIL TERRAIN BAKE工具对当前地表纹理进行烘焙，将实时混 合的多层纹理烘焙成一张基础贴图。
进一步地，所述从当前地形分离植被数据的步骤，是使用SNAIL TERRAIN EXPORT工具对当前地形的植被数据做分离。
进一步地，所述将当前地形切割，导出并修改网格的步骤，进一步包括，
使用SNAIL SCENE EDITOR工具将当前地形切割成1*1，2*2,...大小的区 块，并导出成网格的OBJ文件格式；
将导出的网格的OBJ文件导入MAX建模工具中，完成网格的界面和形状 修改工作；将修改网格中产生的数据序列化。
进一步地，所述在游戏运行阶段中加载地形索引数据及对应的地块网格的 步骤，进一步包括，
将地形索引数据加载进内存，并完成地形管理对象的实例化；
根据当前视野距离和地形索引数据，搜索出视野内的地形区块索引；
加载对应地形区块的网格，并赋予基础贴图作为基础的渲染纹理。
进一步地，所述渲染不同精度地块纹理的步骤，包括，根据细节显示距离 和当前观察点的位置，判断该区块是否需要渲染不同精度的地块纹理，以使渲 染效果更真实。
进一步地，所述加载和渲染地块植被的步骤，包括，根据植被显示距离和 当前观察点的位置，判断是否需要显示植被，如果需要初始化植被管理器，由 植被管理器完成植被的加载和渲染。
更进一步地，所述加载地块光照贴图，完成地块渲染的步骤，是根据光照 贴图数据，加载对应的光照贴图，复原地形的光照效果。
本发明的本发明的在制作和渲染大规模地形系统及方法，在移动游戏中制 作和渲染时，与现有技术相比，具体有以下改进和优点：
A.可以制作不同形状的地表，不再局限在一个平面。比如制作岛屿地表， 飞舟甲板，星球地表等。
B.根据视野距离局部实时纹理混合，其余使用烘焙纹理，有效降低纹理混 合次数，提高渲染效率。
C.地形分块加载，无需加载整块地表，可以有效降低视野内网格数量，降 低渲染压力和内存占用。
D.支持OBJ文件格式，可以在max等建模工具中做二次的网格修改而无需 重新制作和烘焙地形。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明 书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本 发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为根据本发明的在制作和渲染大规模地形系统模块图；
图2为根据本发明的在制作和渲染大规模地形方法流程图；
图3是地形区块加载原理示意图；
图4是光照贴图烘焙效果示意图；
图5是地表混合纹理烘焙效果示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的 优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图1为根据本发明的一种制作和渲染大规模地形的系统，如图1所示，本 发明的一种制作和渲染大规模地形的系统包括地形编辑器201和游戏客户端 202，其中：
所述地形编辑器201用于在资源制作阶段生成地形数据，包括：地形创建模 块2011、基础贴图烘焙模块2012、植被数据生成模块2013、网格切割模块2014、 地形数据生成模块2015；
所述游戏客户端202用于在游戏运行过程中制作和渲染地形，包括：地形 索引数据加载模块2021、地形管理模块2022、区块管理模块2023、植被管理模 块2024、地形渲染模块2025。
其中，地形创建模块2011用于创建当前地形。
基础贴图烘焙模块2012用于将光照数据烘焙到光照贴图，将实时混合的多层 纹理烘焙成一张基础贴图。
植被数据生成模块2013用于从当前地形分离植被数据。
网格切割模块2014用于将当前地形切割并导出网格，将网格导入MAX中并在 MAX中修改网格。
地形数据生成模块2015用于发布地形数据。
地形索引数据加载模块2021用于加载地形索引数据。
地形管理模块2022用于根据当前视野距离和地形索引数据，搜素出视野内的地形区块索引并初始化对应的区块管理器。
区块管理模块2023用于加载对应地形区块的网格，并根据细节显示距离和当 前观察点的位置，判断该区块是否需要渲染不同精度的地块纹理，以进行渲染效果， 判断是否需要显示植被，如果需要初始化植被管理器。
植被管理模块2024用于完成植被的加载和渲染。
地形渲染模块2025用于根据光照贴图数据，加载对应的光照贴图，复原地形 的光照效果，完成地形渲染。
图2为根据本发明是本发明的在制作和渲染大规模地形方法流程图，下面将 参考图2，对本发明的在制作和渲染大规模地形方法进行详细描述。
资源制作阶段：
步骤S101，创建当前地形：创建整体地形，构造地形高度，地表纹理，植被等 数据；
步骤S102，将光照数据烘焙到光照贴图：该步骤将光照的实时数据记录到一张 贴图上，避免因为实时的光照模拟计算产生大量的CPU计算压力；
步骤S103，将实时混合的多层纹理烘焙成一张基础贴图：使用SNAIL TERRAINBAKE工具对当前地表纹理进行烘焙，将实时混合的多层纹理烘焙到一张静态的贴 图上。该贴图(Base map)将做为运行时视野距离之外的地形块的基础纹理，目的 是替代掉实时的多层纹理混合，降低纹理采样次数过多对CPU的压力；
步骤S104，从当前地形分离植被数据：使用SNAIL TERRAIN EXPORT工具对 当前地形的植被数据做分离。分离出的数据将在游戏运行时复原，为了降低植被的 渲染批次，这里使用了GPU INSTANCE技术实现批次合并，并通过LOD技术实现动 态的剔除和加载，可以有效的控制渲染的性能消耗；
步骤S105，将当前地形切割并导出网格：使用SNAIL SCENE EDITOR工具将当 前地形切割成1*1，2*2,...大小的区块，并导出成OBJ文件格式。该切块数据将用于 游戏运行时的动态剔除和加载，以此有效控制视野内的地形网格数。
步骤S106，在MAX中修改网格：将导出的地形OBJ文件导入MAX建模工具中， 完成网格的减面和形状修改工作。通过该步骤可以自由的改变网格的排布，将原本 只能四方构造的地形边缘重构为不规则形状。
步骤S107，发布地形数据：将步骤S101-S106产出的数据序列化为游戏运行时 需要的数据，包括多余资源的剥离，资源格式的设置，数据的优化等一系列的工作。
游戏运行阶段：
步骤S108，加载地形索引数据：游戏初始化的时候将准备好的地形索引数据加 载进内存，并完成地形管理对象的实例化。
步骤S109，根据视距加载对应的地块网格：地形管理器根据当前视野距离和地 形索引数据，搜素出视野内的地形区块索引，初始化对应的区块管理器，并由区块 管理器加载对应地形区块的网格，并赋予基础贴图作为基础的渲染纹理。
步骤S110，根据视距渲染不同精度地块纹理：区块管理器根据自己的细节显示 距离和当前观察点的位置，判断该区块是否需要渲染不同精度的地块纹理，以使渲 染效果更真实。
步骤S111，根据视距加载和渲染地块植被：区块管理器根据自己的植被显示距 离和当前观察点的位置，判断是否需要显示植被，如果需要初始化植被管理器，由 植被管理器完成植被的加载和渲染。
步骤S112，加载地块光照贴图：地形渲染管理器根据光照贴图数据，加载对应 的光照贴图，复原地形的光照效果。
步骤S113，完成地块渲染。
图3是地形区块加载原理示意图，具体步骤为地形管理器根据当前视野距离 和地形索引数据，搜素出视野内的地形区块索引，初始化对应的区块管理器，并由 区块管理器加载对应地形区块的网格，并赋予基础贴图作为基础的渲染纹理。根据 视距渲染不同精度地块纹理：区块管理器根据自己的细节显示距离和当前观察点的 位置，判断该区块是否需要渲染不同精度的地块纹理，以使渲染效果更真实。
更详细的，对本实施例的方法进行的测试过程和结果如下：
测试配置：手机(客户端)：1台，型号iphone7；
具体参数如下：
操作系统IOS10
核心数：4核
CPU：A10+M10协处理器
RAM容量：2GB
测试工具：XCODE 8。
测试资源数据如表一：
| 地表大小 | 纹理层数 | 网格面数 | 植被数 | 切块大小 | 纹理分辨率 |
| 4096*4096 | 8层 | 200000 | 300000 | 32*32 | 512*512 |
测试结果如表二：
| 性能项 | 结果 |
| 帧数 | 30帧 |
| 内存 | 19M |
| CPU占用率 | 27％ |
从表二可以看出，地形的帧数保持在满帧率，CPU/内存占用都比较小，足以胜 任在移动平台中运行的任务。
本领域普通技术人员可以理解：以上所述仅为本发明的优选实施例而已， 并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于 本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例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。凡在本发明的精神和原则之内，所作 的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种制作和渲染大规模地形的系统，其特征在于，包括，地形编辑器和游戏客户端，其中，
所述地形编辑器，其用于创建当前地形，并对生成的地形数据进行处理，序列化为游戏运行时需要的数据；
所述游戏客户端，其在游戏运行过程中，对地形管理对象进行实例化，赋予基础渲染纹理，对地形进行渲染；
所述地形数据，包括，地形高度数据，地表纹理数据，植被数据。
2.根据权利要求1所述的制作和渲染大规模地形的系统，其特征在于，所述地形编辑器，包括，地形创建模块、基础贴图烘焙模块、植被数据生成模块、网格切割模块、地形数据生成模块，其中，
所述地形创建模块，其创建当前地形；
所述基础贴图烘焙模块，其将光照数据烘焙到光照贴图，将实时混合的多层纹理烘焙成一张基础贴图；
所述植被数据生成模块，其从当前地形分离出植被数据；
所述网格切割模块，其将当前地形切割，导出并修改网格；
所述地形数据生成模块，用于发布地形数据。
3.根据权利要求1所述的制作和渲染大规模地形的系统，其特征在于，所述游戏客户端，包括，地形索引数据加载模块、地形管理模块、区块管理模块、植被管理模块、地形渲染模块，其中，
所述地形索引数据加载模块，其用于加载地形索引数据；
所述地形管理模块，其根据当前视野距离和地形索引数据，搜索出视野内的地形区块索引并初始化对应的区块管理器；
所述区块管理模块，用于加载对应地形区块的网格，并根据细节显示距离和当前观察点的位置，判断该区块是否需要渲染不同精度的地块纹理，以进行渲染效果，判断是否需要显示植被，如果需要初始化植被管理器；
所述植被管理模块，其用于完成植被的加载和渲染；
所述地形渲染模块，其根据光照贴图数据，加载对应的光照贴图，复原地形的光照效果，完成地形渲染。
4.一种制作和渲染大规模地形的方法，其特征在于，包括以下步骤：
创建当前地形；
将光照数据烘焙到光照贴图，并将实时混合的多层纹理烘焙成一张基础贴图；
从当前地形分离植被数据；
将当前地形切割，导出并修改网格；
在游戏运行阶段中加载地形索引数据及对应的地块网格；
渲染不同精度地块纹理；
加载和渲染地块植被；
加载地块光照贴图，完成地块渲染。
5.根据权利要求4所述的制作和渲染大规模地形的方法，其特征在于，所述创建当前地形的步骤，包括，创建整体地形，构造地形高度，地表纹理，植被数据。
6.根据权利要求4所述的制作和渲染大规模地形的方法，其特征在于，并将实时混合的多层纹理烘焙成一张基础贴图的步骤，进一步包括：使用SNAIL TERRAIN BAKE工具对当前地表纹理进行烘焙，将实时混合的多层纹理烘焙成一张基础贴图。
7.根据权利要求4所述的制作和渲染大规模地形的方法，其特征在于，所述从当前地形分离植被数据的步骤，是使用SNAIL TERRAIN EXPORT工具对当前地形的植被数据做分离。
8.根据权利要求4所述的制作和渲染大规模地形的方法，其特征在于，所述将当前地形切割，导出并修改网格的步骤，进一步包括，
使用SNAIL SCENE EDITOR工具将当前地形切割成1*1，2*2,...大小的区块，并导出成网格的OBJ文件格式；
将导出的网格的OBJ文件导入MAX建模工具中，完成网格的界面和形状修改工作；将修改网格中产生的数据序列化。
9.根据权利要求4所述的制作和渲染大规模地形的方法，其特征在于，所述在游戏运行阶段中加载地形索引数据及对应的地块网格的步骤，进一步包括，
将地形索引数据加载进内存，并完成地形管理对象的实例化；
根据当前视野距离和地形索引数据，搜索出视野内的地形区块索引；
加载对应地形区块的网格，并赋予基础贴图作为基础的渲染纹理。
10.根据权利要求4所述的制作和渲染大规模地形的方法，其特征在于，所述渲染不同精度地块纹理的步骤，包括，根据细节显示距离和当前观察点的位置，判断该区块是否需要渲染不同精度的地块纹理，以使渲染效果更真实。
11.根据权利要求4所述的制作和渲染大规模地形的方法，其特征在于，所述加载和渲染地块植被的步骤，包括，根据植被显示距离和当前观察点的位置，判断是否需要显示植被，如果需要初始化植被管理器，由植被管理器完成植被的加载和渲染。
12.根据权利要求4所述的制作和渲染大规模地形的方法，其特征在于，所述加载地块光照贴图，完成地块渲染的步骤，是根据光照贴图数据，加载对应的光照贴图，复原地形的光照效果。
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