CN108305327A - 一种图像渲染方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种图像渲染方法，所述方法包括：获取房间场景图像；根据所述房间场景图像和三维空间信息重建算法获取房间的三维空间信息、图像采集装置位置信息和图像采集装置视角信息；根据所述房间的三维空间信息、所述图像采集装置位置信息和所述图像采集装置视角信息建立房间三维场景；根据所述房间的三维空间信息将从模型库加载的三维模型放置到所述房间三维场景中的适当位置。本发明提供的图像渲染方法可以把三维模型混合渲染到单张实景图片中，营造虚拟现实的效果。

Description

一种图像渲染方法
技术领域
本发明涉及图像处理领域，具体地涉及一种图像渲染方法。
背景技术
在虚拟现实技术中，可以通过简单的图像混合技术或者三维的图像渲染技术实时生成复杂虚拟现实环境的高逼真度图像。
在简单的图像混合技术中，需要将三维物体转换为二维图像，并将二维图像混合到已有图像中。该方法通过二维贴图实现图像混合，三维物体只能以单一角度呈现，不能进行三维操作，缺少三维空间真实感。
在三维的图像渲染技术中，需要搭建三维场景，实现和应用成本较高，且无法对单张图片进行混合渲染。
发明内容
本发明的目的在于提出一种图像渲染方法，以把三维模型混合渲染到单张实景图片中，营造虚拟现实的效果。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种图像渲染方法，所述方法包括：获取房间场景图像；根据所述房间场景图像和三维空间信息重建算法获取房间的三维空间信息、图像采集装置位置信息和图像采集装置视角信息；根据所述房间的三维空间信息、所述图像采集装置位置信息和所述图像采集装置视角信息建立房间三维场景；根据所述房间的三维空间信息将从模型库加载的三维模型放置到所述房间三维场景中的适当位置。
上述方案中，所述根据所述房间的三维空间信息将从模型库加载的三维模型放置到所述房间三维场景中的适当位置，包括：根据所述房间的三维空间信息获取地面坐标信息或墙面坐标信息；根据所述地面坐标信息或所述墙面坐标信息，将从图像库加载的三维模型放置到所述房间三维场景中的地面或墙面上。
上述方案中，所述根据所述房间场景图像和三维空间信息重建算法获取房间的三维空间信息，包括：对所述房间场景图像进行灰度化处理；通过霍夫变换识别所述房间场景图像中的线段；通过级联霍夫变换识别所述房间场景图像中的消失点；识别所述房间场景图像中的平行线；根据所述线段、所述消失点和所述平行线获取所述房间的三维空间信息。
上述方案中，根据所述线段、所述消失点和所述平行线获取所述房间的三维空间信息包括：
根据所述线段、所述消失点和所述平行线构建长方体；根据所述长方体的几何信息获取所述房间的三维空间信息。
上述方案中，所述根据所述房间的三维空间信息、所述图像采集装置位置信息和所述图像采集装置视角信息建立房间三维场景后，所述方法还包括：获取所述房间三维场景中的第一线段对应的实际房间平面交界线的长度；根据所述第一线段、所述实际房间平面交界线的长度以及所述房间三维场景中各线段的比例关系，确定所述房间三维场景的几何信息。
上述方案中，所述根据所述房间的三维空间信息将从模型库加载的三维模型放置到所述房间三维场景中的适当位置后，所述方法还包括：使用所述三维模型的几何信息与所述房间三维场景的几何信息做碰撞检测，得到碰撞检测结果；根据所述碰撞检测结果确定所述三维模型的放置位置。
上述方案中，所述根据所述房间的三维空间信息将从模型库加载的三维模型放置到所述房间三维场景中的适当位置之前，所述方法还包括：将第一摄像机放置在所述房间三维场景的坐标原点；将所述第一摄像机的视角设置为所述图像采集装置视角信息中的图像采集装置视角；将所述第一摄像机工作模式设置为透视图模式；将所述房间场景图像加载在所述第一摄像机的正前方，使所述房间场景图像覆盖所述房间三维场景。
上述方案中，所述根据所述房间的三维空间信息将从模型库加载的三维模型放置到所述房间三维场景中的适当位置之前，所述方法还包括：创建家具的三维模型；生成所述家具的三维模型的材质png文件；根据所述家具的几何参数生成所述家具的三维模型的模型obj文件；根据所述材质png文件和模型obj文件生成所述家具的三维模型的模型dat文件；将所述模型dat文件添加到模型库中。
上述方案中，所述生成所述家具的三维模型的材质png文件，包括：生成所述家具的三维模型的阴影贴图；根据所述三维模型的阴影贴图和材质贴图生成所述家具的三维模型的材质png文件。
上述方案中，所述生成所述家具的三维模型的材质png文件之前，所述方法还包括：对所述家具的三维模型进行检查修复；和/或，对所述家具的三维模型进行减面处理。
采用本发明实施例提供的图像渲染方法，可以将两维的图像进行信息提取后基于提取的信息建立房间三维场景后，再将三维模型放置到房间三维场景中，实现了基于两维图片营造出三维场景的虚拟现实效果。与现有技术相比，本发明的有益效果是：可以把三维模型混合渲染到单张实景图片中，营造虚拟现实的效果，并且成本较低。
附图说明
图1是本发明实施例中的图像渲染方法的方法流程图；
图2为本发明实施例中的图像采集装置与房间相对位置示意图；
图3为本发明实施例中的房间三维场景示意图；
图4为本发明实施例中的三维模型渲染到房间场景图像中的效果图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
如图1所示，本发明提供了一种图像渲染方法，该方法包括：
步骤110，获取房间场景图像。
步骤120，根据房间场景图像和三维空间信息重建算法获取房间的三维空间信息、图像采集装置位置信息和图像采集装置视角信息。
步骤130，根据房间的三维空间信息、图像采集装置位置信息和图像采集装置视角信息建立房间三维场景。
步骤140，根据房间的三维空间信息将从模型库加载的三维模型放置到房间三维场景中的适当位置。
其中，上述图像采集装置可以为手机、第二摄像机、平板电脑等电子设备。
本发明实施例提供的图像渲染方法中，将两维的图像进行信息提取后基于提取的信息建立房间三维场景后，再将三维模型放置到房间三维场景中，实现了基于两维图片营造出三维场景的虚拟现实效果。
具体地，在步骤120中，根据房间场景图像和三维空间信息重建算法获取房间的三维空间信息时，首先对房间场景图像进行灰度化处理；再通过霍夫变换识别房间场景图像中的线段、通过级联霍夫变换识别房间场景图像中的消失点、识别房间场景图像中的平行线；根据上述线段、消失点和平行线获取房间的三维空间信息。
具体地，获取房间的三维空间信息时，首先根据上述线段、消失点和平行线构建长方体，并根据根据长方体的几何信息获取房间的三维空间信息。
本方法不仅适用于长方体形状的房间，对于其他形状的房间，在识别过程中，也可以通过空间最大匹配的方式，用一个近似长方体表示。如图2所示，P1至P8为房间的顶点，C为图像采集装置的位置。在C位置拍摄房间场景图像后，基于该房间场景图像通过采用三维空间信息重建算法构建的长方体的四个顶点即为P1至P5，相邻两个顶点之间的线段即为该长方体的边。P5-P8的数据无法识别出来，而放置家具的三维模型的过程中，这部分信息也用不到，因此不影响本方案所解决的问题。
之后，在步骤130中，基于上述房间的三维空间信息，以及图像采集装置位置信息和图像采集装置视角信息，即可以建立如图2所示的房间三维场景。
其中，建立房间三维场景时，以图像采集装置的位置为坐标原点；以房间场景图像的宽度方向上向右的方向为X轴方向；以房间场景图像的高度方向上向上的方向为Y轴方向；根据X轴和Y轴的方向以三维笛卡尔坐标系的右手定则确定该房间场景图像的由里朝外的方向为Z轴的方向。
在建立房间三维场景时，首先获取房间三维场景中的第一线段对应的实际房间平面交界线的长度；再根据第一线段、实际房间平面交界线的长度以及房间三维场景中各线段的比例关系，确定房间三维场景的几何信息。
具体地，第一线段为长方体的一条边，其对应的实际平面交界线的长度通过用户交互界面输入。如图2所示，P1P2之间的线段对应的实际平面交界线的长度即当前房间的高度，其值为3.2米。通过P1P2之间的线段与其它线段的比例关系、P1P2之间的线段对应的实际房间平面交界线的长度为3.2米即可以得到房间三维场景的每一条线段的长度，即确定房间三维场景的几何信息。
在步骤140中，在图像渲染软件的界面显示的房间三维场景中加载家具的三维模型。首先，将图像渲染软件的虚拟摄像机即第一摄像机放置在坐标原点，第一摄像机视角设置为从上述房间场景图像中识别出来的图像采集装置视角信息中的图像采集装置视角，第一摄像机使用透视图模式。之后，将房间场景图像加载在第一摄像机的正前方，使该房间场景图像覆盖整个房间三维场景。最后，根据房间的三维空间信息将从模型库加载的三维模型放置到房间三维场景中的适当位置。
具体地，将家具的三维模型放置到房间三维场景中时，首先根据房间的三维空间信息获取地面坐标信息或墙面坐标信息；之后根据地面坐标信息或墙面坐标信息，将从图像库加载的三维模型放置到房间三维场景中的地面或墙面上。
如图4所示的三维空间场景中，401为门，402为窗户。根据地面坐标信息将桌子405，凳子406放置在该三维空间场景中的地面上，根据墙面坐标信息将装饰画403、挂钟404放置在该三维空间场景中的墙面上后，展示效果如图4所示。
以上技术方案实现了将在二维房间图像上放置、移动三维家具模型，转换成为在房间长方体的三维空间中放置、移动三维家具模型。
进一步地，在本发明实施例提供的图像渲染方法中，还可以使用三维模型的几何信息与房间三维场景的几何信息做碰撞检测，得到碰撞检测结果；再根据碰撞检测结果确定三维模型的放置位置。
移动家具的三维模型时，利用识别出来的房间的三维信息和家具的三维信息做碰撞检测，可以避免家具之间交叠和家具插入房间墙体中的情况出现。
在本发明实施例中，从模型库中加载的家具的三维模型的创建过程具体为：
步骤501，创建家具的三维模型。
步骤502，对家具的三维模型进行检查修复。
步骤503，对家具的三维模型进行减面处理。
步骤504，生成家具的三维模型的阴影贴图。
步骤505，根据三维模型的阴影贴图和材质贴图生成家具的三维模型的材质png文件。
步骤506，根据家具的几何参数生成家具的三维模型的模型obj文件。
步骤507，根据材质png文件和模型obj文件生成家具的三维模型的模型dat文件。
步骤508，将模型dat文件添加到模型库中。
三维模型的阴影效果可以增强三维模型以及房间三维场景的真实感。
以上三维模型可以使用3Dmax软件创建，创建后的多个三维模型将通过zip压缩包的方式打包上传到模型处理后台，模型处理后台将自动修复并处理3Dmax模型，生成手机可以加载的模型dat文件。
之后，将上述三维模型进行检查修复，比如纠正模型的法线方向，修复模型破面等。
然后，对上述三维模型进行减面处理，将模型面片数量减少到适合手机加载的程度，并确保模型没有明显失真。
之后，烘焙模型阴影贴图，并将模型所有材质贴图及阴影贴图合并成一张png格式烘焙贴图，生成材质png文件。
同时将模型几何数据转换为obj数据格式，生成模型obj文件。
将材质png文件和模型obj文件通过ZIP压缩包的方式打包生成模型dat文件，并将dat文件上传到模型库。
本发明实施例提供的图像渲染方法中，将两维的图像进行信息提取后基于提取的信息建立房间三维场景后，再将三维模型放置到房间三维场景中，实现了基于两维图片营造出三维场景的虚拟现实效果。与现有技术相比，本发明的有益效果是：可以把三维模型混合渲染到单张实景图片中，营造虚拟现实的效果，并且成本较低。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种图像渲染方法，其特征在于，所述方法包括：
获取房间场景图像；
根据所述房间场景图像和三维空间信息重建算法获取房间的三维空间信息、图像采集装置位置信息和图像采集装置视角信息；
根据所述房间的三维空间信息、所述图像采集装置位置信息和所述图像采集装置视角信息建立房间三维场景；
根据所述房间的三维空间信息将从模型库加载的三维模型放置到所述房间三维场景中的适当位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述房间的三维空间信息将从模型库加载的三维模型放置到所述房间三维场景中的适当位置，包括：
根据所述房间的三维空间信息获取地面坐标信息或墙面坐标信息；
根据所述地面坐标信息或所述墙面坐标信息，将从图像库加载的三维模型放置到所述房间三维场景中的地面或墙面上。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述房间场景图像和三维空间信息重建算法获取房间的三维空间信息，包括：
对所述房间场景图像进行灰度化处理；
通过霍夫变换识别所述房间场景图像中的线段；
通过级联霍夫变换识别所述房间场景图像中的消失点；
识别所述房间场景图像中的平行线；
根据所述线段、所述消失点和所述平行线获取所述房间的三维空间信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述线段、所述消失点和所述平行线获取所述房间的三维空间信息，包括：
根据所述线段、所述消失点和所述平行线构建长方体；
根据所述长方体的几何信息获取所述房间的三维空间信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述房间的三维空间信息、所述图像采集装置位置信息和所述图像采集装置视角信息建立房间三维场景后，所述方法还包括：
获取所述房间三维场景中的第一线段对应的实际房间平面交界线的长度；
根据所述第一线段、所述实际房间平面交界线的长度以及所述房间三维场景中各线段的比例关系，确定所述房间三维场景的几何信息。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述房间的三维空间信息将从模型库加载的三维模型放置到所述房间三维场景中的适当位置后，所述方法还包括：
使用所述三维模型的几何信息与所述房间三维场景的几何信息做碰撞检测，得到碰撞检测结果；
根据所述碰撞检测结果确定所述三维模型的放置位置。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述根据所述房间的三维空间信息将从模型库加载的三维模型放置到所述房间三维场景中的适当位置之前，所述方法还包括：
将第一摄像机放置在所述房间三维场景的坐标原点；
将所述第一摄像机的视角设置为所述图像采集装置视角信息中的图像采集装置视角；
将所述第一摄像机工作模式设置为透视图模式；
将所述房间场景图像加载在所述第一摄像机的正前方，使所述房间场景图像覆盖所述房间三维场景。
8.根据权利要求1至7任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述房间的三维空间信息将从模型库加载的三维模型放置到所述房间三维场景中的适当位置之前，所述方法还包括：
创建家具的三维模型；
生成所述家具的三维模型的材质png文件；
根据所述家具的几何参数生成所述家具的三维模型的模型obj文件；
根据所述材质png文件和模型obj文件生成所述家具的三维模型的模型dat文件；
将所述模型dat文件添加到模型库中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述生成所述家具的三维模型的材质png文件，包括：
生成所述家具的三维模型的阴影贴图；
根据所述三维模型的阴影贴图和材质贴图生成所述家具的三维模型的材质png文件。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述生成所述家具的三维模型的材质png文件之前，所述方法还包括：
对所述家具的三维模型进行检查修复；和/或，对所述家具的三维模型进行减面处理。
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