CN110088808A - 用于三维虚拟环境的区域中的程序生成对象分布的系统和方法 - Google Patents

Abstract

图形的程序生成的系统和方法包括：生成与包括多个对象的三维虚拟环境内的区域的尺寸和形状对应的边界多边形；利用处理器对齐边界多边形与包括与对象对应的预定位置的拼块的二维布置；基于与拼块内的预定多个位置对应的数据来标识边界多边形内的对象位置，每个对象位置对应于位于边界多边形内的多个拼块中的一个拼块中的一个预定位置；和利用处理器和显示设备生成包括位于区域中的边界多边形内的多个对象位置中的多个对象的图形描绘的三维虚拟环境的图形描绘。

Description

用于三维虚拟环境的区域中的程序生成对象分布的系统和 方法

技术领域

本公开一般涉及计算机图形领域，并且更具体地，涉及用于三维计算机图形中的对象的程序（procedural）生成的系统和方法。

背景技术

许多现代软件应用将对象和场景的三维表示显示为用户界面的一部分。三维（3D）图形用于广泛范围的应用，包括视频游戏、模拟、虚拟和增强现实应用、地理空间信息应用、以及用于地图和导航的应用。在许多应用中，3D图形在描绘现实世界环境和位置时比二维（2D）图形更有用，因为人与现实世界之间的正常交互发生在三维中。

为了显示三维图形，计算系统需要用于三维虚拟环境中的结构和其他项目的几何信息、以及包括纹理和照明信息的各种其他数据片，以执行产生虚拟环境的图形描绘的处理。在一些情况下，在虚拟环境内显示大量相对较小的图形模型，诸如树。存储用于大量树或其他小对象的单独图形模型通常是不切实际的，因此一些现有技术系统将各种技术用于程序生成以使用可以以实际方式存储在存储器中的相对较小的一组几何数据来显示多个树的组。程序生成图形是指计算设备使用包括模型和纹理的相对较小的一组存储图形数据和一个或多个计算算法来生成以从存储的图形数据构建复杂的图形场景的图形，包括3D图形。例如，使用表示几个单独树的一小组图形模型来生成大型森林是程序生成图形的常见应用。

虽然程序生成的图形减少了对虚拟环境的复杂的预生成图形模型的要求，但是现有技术程序生成技术还需要更多的计算能力来执行生成虚拟环境并生成场景中的大量对象（通常以数千个或更多对象编号）的图形所需的算法。虽然市场上可买到的强大图形硬件可以执行这些算法，但是许多嵌入式和低功率计算设备不能以可接受的性能水平执行现有技术程序生成技术。因此，以计算高效的方式程序生成用于大量对象的图形的改进技术将是有益的。

发明内容

在一个实施例中，已经开发了一种用于生成三维虚拟环境中的与多个对象对应的图形的方法。该方法包括：利用处理器生成与包括多个对象的三维虚拟环境内的区域的尺寸和形状对应的边界多边形；利用处理器从存储器中检索多个拼块，每个拼块包括与分布在拼块中的多个对象的预定多个位置对应的数据；利用处理器对齐边界多边形与多个拼块的二维布置；利用处理器基于与拼块内的预定多个位置对应的数据来标识边界多边形内的多个对象位置，每个对象位置对应于位于边界多边形内的多个拼块中的一个拼块中的一个预定位置；和利用处理器和显示设备生成包括位于区域中的边界多边形内的多个对象位置中的多个对象的图形描绘的三维虚拟环境的图形描绘。

在另一实施例中，一种生成三维虚拟环境的图形表示的图形显示系统。该系统包括：显示设备，其被配置成生成三维虚拟环境的图形显示；存储器，其被配置成存储与三维虚拟环境和多个对象对应的图形数据、以及多个拼块，每个拼块包括与分布在每个拼块中的多个对象的预定多个位置对应的数据；和处理器，其可操作地连接到显示设备和存储器。处理器被配置成：生成与包括多个对象的三维虚拟环境内的区域的尺寸和形状对应的边界多边形；从存储器中检索多个拼块，每个拼块包括与分布在拼块中的多个对象的预定多个位置对应的数据；对齐边界多边形与多个拼块的二维布置；基于与拼块内的预定多个位置对应的数据来标识边界多边形内的多个对象位置，每个对象位置对应于位于边界多边形内的多个拼块中的一个拼块中的一个预定位置；和利用显示设备生成包括位于区域中的边界多边形内的多个对象位置中的多个对象的图形描绘的三维虚拟环境的图形描绘。

附图说明

图1是被配置成生成3D虚拟环境的所选区域之上的包括程序生成对象（诸如树）的三维（3D）图形的计算设备的示意图。

图2是用于3D虚拟环境中的树和其他对象的程序生成和显示的过程的框图。

图3是用于基于来自用户的输入参数生成在图2的过程中使用的拼块的过程的框图。

图4是描绘环绕包括对象的三维虚拟环境的区域的边界多边形的图。

图5是图1的系统从用户输入参数生成的说明性的一组拼块的描绘。

图6是描绘使用随机化索引来产生伪随机拼块布置的不同拼块的二维布置的图。

图7是描绘与拼块的二维布置对齐的边界多边形的图。

图8是表示两个不同的一年中时间的虚拟环境的预定区域中没有对象和具有多个对象（诸如树）两种情况下的三维虚拟环境的一组说明性描绘。

图9是包括在三维虚拟环境的图形描绘中的不同类型的对象的图形模型的说明性描绘。

具体实施方式

出于促进理解本文公开的实施例的原理的目的，现在参考以下书面说明书中的附图和描述。参考文献不旨在限制本主题的范围。本公开还包括对所示实施例的任何改变和修改，并且包括本公开所属领域的技术人员通常会想到的所公开实施例的原理的进一步应用。

如本文所使用的，术语“三维（3D）虚拟环境”或更简单地“虚拟环境”是指存储在计算机系统的存储器中的一组几何、纹理和其他图形数据，其使得计算机系统能够生成具有三个视觉上可感知的维度的空间的图形描绘，其通常被投影到二维视频显示设备上或者可以使用三维查看设备来显示。虽然不是要求，但许多三维虚拟环境表示地球上的地理区域，包括陆地、水、天空、照明和提供地球上的环境的视觉表示的其他环境效果的图形表示。虚拟环境数据包括地形信息，诸如陆地特征的标高和倾斜度、水的位置、以及其他地理特征。可以在三维虚拟环境内描绘诸如建筑物、道路、桥梁等的人工结构。另外，三维虚拟环境通常包括与自然对象（诸如森林中的树）对应的区域。如下面进一步详细描述的，本文教导的计算机系统生成三维虚拟环境的图形描绘，其包括具有树或其他对象的区域，所述树或其他对象是利用基于模板的程序生成过程来生成的。

如本文所使用的，术语“对象”是指对应于虚拟环境中的二维图像子画面（sprite）或三维多边形组的数据，其形成较大虚拟环境中的单个对象的模型。例如，在用于地图和导航应用的许多虚拟环境中，描绘树的图形对象是在三维虚拟环境中的陆地的森林覆盖区域之上分布的一种类型的对象。术语“子画面”是指位于三维虚拟环境内的二维图形对象，其中子画面的一侧朝向视锥台定向以产生类似于查看关于三维对象的二维图片的纸板剪贴画的图形效果。

3D虚拟环境中的至少一些对象从地面的虚拟表示延伸。定义每个对象的多边形或子画面为对象的图形表示提供相对于3D虚拟环境中的地面的预期定向。

图1描绘了生成三维虚拟环境的图形表示的图形显示系统100。系统100的非限制性示例包括车载导航系统、诸如智能电话、平板电脑或可穿戴计算设备的移动电子设备、以及生成三维虚拟环境的图形描绘的其他嵌入式计算系统。图1描绘了计算系统100，其生成3D虚拟环境的图形显示，包括诸如地球表面的地面的表示，其中地面照明和墙壁照明纹理被应用于环绕结构的区域和描绘结构的墙壁的多边形。计算系统100包括处理器108、存储器120、显示器144、用户输入设备146、可选定位系统148和可选网络设备152。计算系统100的硬件实施例包括但不限于个人计算机（PC）硬件、包括用于机动车辆中的嵌入式计算硬件的嵌入式系统硬件、以及包括智能电话和平板计算设备的移动电子设备。

在计算系统100中，处理器108包括实现中央处理单元（CPU）112、图形处理单元（GPU）116和时钟118的功能的一个或多个集成电路。在一些实施例中，处理器是片上系统（SoC），其将CPU 112和GPU 116的功能以及可选地将包括存储器120、网络设备152和定位系统148的其他组件集成到单个集成设备中。在一个实施例中，CPU 112是市场上可买到的中央处理设备，其实现诸如x86、ARM、Power或MIP指令集族之一的指令集。GPU包括用于显示2D和3D图形两者的硬件和软件。在一个实施例中，处理器108执行软件驱动程序并包括GPU116中的硬件功能，以使用OpenGL、OpenGL ES、Vulkan、Metal或Direct3D图形应用编程接口（API）的版本来生成3D图形。例如，GPU 116包括一个或多个硬件执行单元，其实现顶点着色器和片段着色器来处理和显示2D和3D图形。在操作期间，CPU 112和GPU 116执行从存储器120检索的所存储的编程指令140。在一个实施例中，所存储的编程指令140包括操作系统软件和生成3D图形的一个或多个软件应用程序，包括地图和导航应用、虚拟现实应用、游戏应用、模拟应用以及配置成生成3D图形的任何其他软件。处理器108执行地图和导航程序并通过显示设备144生成对应于地图和地图特征的2D和3D图形输出。利用软件和硬件功能来配置处理器，这通过将编程指令存储在可操作地连接到处理器的一个或多个存储器设备中并通过可操作地将硬件功能连接到处理器和/或其他电子、机电或机械组件以提供来自传感器或数据源的数据以使得处理器能够实现下面讨论的过程和系统实施例。

在处理器108中，时钟118是使用预定格式（例如，自时间上的一点（epoch）以来的秒数）维持时间值的定时设备，系统100可以将其用于各种目的，包括标识在使用日历软件程序的系统100外部的物理环境中的一年中时间。在一些实施例中，系统100基于使用例如网络时间协议（NTP）从外部时间服务器经由网络设备152接收的数据或从经由定位系统148从外部发送器接收的定时数据周期性地设置时钟118。

存储器120包括非易失性存储器和易失性存储器两者。非易失性存储器包括固态存储器，诸如NAND闪速存储器、磁和光存储介质、或者当车载信息系统100被停用或丢失电功率时保留数据的任何其他合适的数据存储设备。易失性存储器包括静态和动态随机存取存储器（RAM），其在车载信息系统100的操作期间存储软件和数据，包括图形数据和地图特征数据。除了编程指令140之外，存储器120包括3D虚拟环境数据124、用于一种或多种类型的对象的图形模型128、包括用于对象的预定位置的多个拼块所对应的数据132、以及伪随机拼块索引阵列136。3D虚拟环境数据124包括虚拟环境的模型，包括地面地形信息、延伸通过地形区域的道路、以及非程序生成的结构，诸如3D虚拟环境内的独特地标。3D虚拟环境数据包括具有三维坐标的顶点，其定义一系列互连多边形，诸如三角形，其形成3D虚拟环境内的各种特征的形状。

在存储器120中，对象图形数据128包括系统100使用本文描述的程序图形生成过程放置在3D虚拟环境的区域中的一种或多种类型的对象的二维子画面或三维几何模型。例如，在一种配置中，对象图形数据包括系统100在3D虚拟环境的森林覆盖区域中生成的树的不同图形表示的一组图形模型。用于对象的每个图形模型与在拼块数据132中编码的对象类型相关联，以使得系统100能够为多种类型的对象生成图形，诸如用于不同类型的树的不同组的图形。另外，在一些实施例中，对象图形数据128存储用于对象的多组图形以在不同的环境条件下描绘相同的对象，诸如夏季的树的一组图形与秋季的相同树的另一组图形。

在存储器120中，拼块数据132包括多个“拼块”，每个表示二维区域，包括预定的位置分布，其对应于在3D虚拟环境的图形描绘中生成的对象的潜在位置。拼块中的每个位置包括编码类型数据，诸如数字值或指定要在拼块中的特定位置处生成的对象图形数据128中存储的一种类型的对象的其他合适的数据值。在一个实施例中，拼块132被存储为二维位图数据，而在其他实施例中，拼块被存储为稀疏矩阵。如下面更详细描述的，存储器120存储相对较小的一组拼块，并且系统100生成通常包括重复拼块集合的二维布置。随机拼块索引阵列136包括以随机或伪随机方式生成并存储在存储器120中以在系统100的操作期间控制拼块布置的排序的数字阵列。随机拼块索引阵列数据136使得系统100能够生成在所生成的图形中提供随机性的外观但是可以由系统100以确定的方式重新生成以使得系统100能够在不同的操作时间处以一致的方式生成同一组程序生成对象图形的拼块布置。

计算系统100包括可选的网络设备152，其被配置成通过数据网络（未示出）从外部计算系统发送和接收数据。网络设备152的示例包括诸如以太网和通用串行总线（USB）适配器的有线网络适配器、以及诸如3G或4G无线广域网（WWAN）、802.11或蓝牙无线局域网（WLAN）适配器的无线网络适配器。在一些实施例中，处理器108从外部网络检索虚拟环境数据124、结构模型多边形数据128和纹理数据132以存储在存储器120中。在一些实施例中，存储器120高速缓存图形数据并且处理器108存储通过网络设备152接收的附加图形数据，以更新存储器120的内容。

计算系统100包括可操作地连接到处理器108的可选定位系统设备148。定位系统的示例包括全球定位系统（GPS）接收器、标识计算系统100相对于固定无线发送器的位置的无线电三角测量接收器、以及惯性导航系统。在操作期间，处理器108执行地图和导航软件应用，其从定位系统148检索位置信息以标识计算系统100的地理位置并调整虚拟环境的显示以对应于计算系统100的位置。在导航应用中，处理器108标识计算系统100的位置和移动，以生成到所选目的地的路线和路线在3D虚拟环境中的显示。

在计算系统100中，显示器144是集成显示设备，诸如LCD或其他显示设备，其与计算系统100的外壳集成，或者显示器144是外部显示设备，其通过有线或无线接口可操作地连接到计算系统100以从处理器108接收输出信号来生成3D虚拟环境的显示。在其中计算系统100是车载嵌入式计算设备的实施例中，显示器144是位于车辆的控制台中的LCD或其他平板显示器，或者显示器144是平视显示器（HUD）或在车辆中的挡风玻璃或其他显示表面上显示3D虚拟环境的其他投影显示器。

图2描绘了用于生成包括用于3D虚拟环境的预定区域内的对象的程序生成图形的用于3D虚拟环境的图形的过程200。在下面的讨论中，对执行功能或动作的过程200的引用是指处理器执行所存储的程序指令以执行与图形显示系统中的其他组件相关联的功能或动作的操作。为了说明的目的，结合图1的系统100和图4和图6-图9的描绘来描述过程200。

当系统100基于包括多个对象（诸如从程序生成树对象所形成的森林）的区域的尺寸和形状来标识边界多边形时，过程200开始（框204）。例如，3D虚拟环境数据124中的地形或其他地理数据指定3D虚拟环境的地理区域是森林覆盖的。在一些实施例中，森林覆盖区域可以对应于3D虚拟环境数据124内的地理数据中标定的公园或森林保护区。在其他实施例中，可以基于存储在存储器120中或用于在过程200开始之前标识虚拟环境数据124中的预定森林覆盖区域的特定地理区域的航空摄影数据来标识森林覆盖区域。

边界多边形是二维多边形，其表示环绕区域的区域的外边界，并且具有对应于从顶视图（其类似于区域的二维地图视图）以预定比例的区域的尺寸和形状的二维形式。在3D虚拟环境中，区域下的陆地的高度的变化不会影响边界多边形。系统100基于每个对象位置的3D虚拟环境数据124中的陆地或其他基础表面的几何数据的高度来生成在区域的表面上生成的对象图形。边界多边形形成用于可以位于边界多边形内但不位于边界多边形面积之外的程序生成对象的边界。

在过程200期间，系统可选地用于延伸通过预定区域并位于环绕区域的边界多边形内的道路的道路网络数据。用于道路的图形表示在区域内，并且边界多边形内的程序生成对象可以放置在道路之上的位置处。然而，在大多数情况下将诸如树之类的对象放置在道路上是不准确的并且可能使道路模糊，其是包括导航应用的各种应用中的重要视觉元素。在过程200期间，处理器108标识区域中的一个或多个道路的位置并生成边界多边形，该边界多边形包括与道路相接以从边界多边形中排除道路而确保程序生成对象不位于道路上的边界多边形的至少一侧（side）。图4描绘了环绕包括延伸通过区域的道路408的预定区域的边界多边形404的示例。在过程200期间，处理器108沿着道路408分割区域以生成两个新的边界多边形412和416。每个边界多边形包括与道路408平行延伸以从两个边界多边形412和416中排除道路408的至少一侧。在处理200期间，处理器108生成用于子区域412和416的两个边界多边形内的程序生成对象的图形，但是避免将程序生成对象放置在道路408上。

再次参考图2，在过程200期间，处理器108从存储器120中的拼块数据132检索多个拼块，并使用伪随机排序过程生成拼块的二维布置，以便以可以确定地被重新产生的方式提供一组自然的且非重复的程序生成对象的外观（框208）。在系统100中，处理器108使用伪随机拼块索引阵列数据136来生成用于拼块的数字序列，其产生对于观察者看起来是随机的但是可以由处理器108以确定的方式重复的拼块的二维布置。拼块的较大布置通常多次重复相同的拼块，并且处理器108以伪随机次序重复拼块的序列以生成具有对于完全包含边界多边形足够尺寸的拼块的二维布置。图6描绘了系统中的拼块的二维阵列604，其包括三个不同的预定拼块608，其中每个拼块与数字索引值（例如，0、1和2）相关联。处理器108使用伪随机索引阵列610来选择用于拼块阵列的下一个拼块并将拼块定位在预定序列中，诸如填充每行拼块然后在下一行中继续以产生拼块阵列612。阵列612中的拼块的布置在所生成的图形中提供随机性的外观，但是系统100可以以确定的方式重新产生拼块阵列612，这使得系统100能够在系统100的操作期间的不同时间处显示3D虚拟环境的同一区域时在3D虚拟环境的区域中生成一组一致的程序生成对象。

当处理器108将边界多边形与多个拼块的二维布置对齐时，过程200继续（框212）。参考图7，处理器108将边界多边形704定位在拼块708A-708F的二维布置之上。在图7的说明性实施例中，边界多边形的左上手角落与拼块708的拼块阵列的左上手角落对齐。更广泛地，对齐过程包括至少一个相对参考位置，其与拼块的二维布置中的另一参考位置对齐，诸如左上角落。在一些情况下，处理器108绕参考位置旋转边界多边形704，以使得整个边界多边形能够定位在拼块之上。表示地理区域的大多数边界多边形可以以最小处理在拼块的二维布置之上对齐。例如，凸边界多边形通常适合于以相对简单的方式与拼块对齐，而凹多边形可能难以与拼块对齐。在一些配置中，处理器108将凹边界多边形细分为可以以预定方式与拼块阵列对齐的两个或更多个更简单的凸多边形。例如，可以从凸多边形或凹多边形计算最小边界框。最小边界框可以用于与拼块对齐。

当处理器108基于与拼块内的预定多个位置对应的数据来标识边界多边形内的多个对象位置时，过程200继续，其中每个对象位置对应于位于边界多边形内的多个拼块中的一个拼块中的一个预定位置。虽然每个拼块包括可以对应于对象的多个位置的预定布置，但是处理器108仅标识在边界多边形704内并且在拼块708A-708F之一内的对象位置。例如，在图7中，边界多边形704覆盖拼块708A-708F中的每个的全部或一部分。然而，边界多边形704仅部分重叠的拼块内的一些位置在边界多边形之外，诸如位置732。位置732是拼块708F的一部分，但是不形成对象位置，诸如在边界多边形704和拼块708F两者内的对象位置736。

为了以高效的方式标识对象位置，处理器108首先标识拼块的所有角落是否位于边界多边形内（框216）。例如，在图7中，拼块均具有四个角落，并且处理器108使用例如光线投射、卷绕数或本领域已知的其他技术来标识四个角落中的每个是否位于边界多边形704内。在过程200中，直接位于边界多边形的边上的拼块角落被认为是在边界多边形内。如果拼块的所有角落在边界多边形内（框216），则处理器108包括拼块内的每个位置作为边界多边形内的对象位置，而不必对各个拼块位置执行任何附加处理（框220）。例如，拼块708A具有全部位于边界多边形704内的四个角落。处理器108包括拼块708A内的所有位置作为对象位置，而不需要任何附加处理来确定各个拼块位置是否位于边界多边形内。

在过程200期间，如果拼块的至少一个角落位于边界多边形之外（框216），则处理器108标识拼块内也位于边界多边形内的位置的子集作为对象位置。（框224）。处理器108执行应用于拼块的角落的相同过程到拼块内的位置，以标识部分重叠的拼块内的各个位置是在边界多边形内还是在边界多边形之外。只有在每个拼块内也位于边界多边形内的位置的子集对应于系统100用于生成三维虚拟环境中的对象图形的对象位置。在一些实施例中，处理器108通过将拼块细分为更小的区段（例如，四个四分之一拼块）、标识完全位于边界多边形内的拼块的四分之一、并且包括完全在边界多边形内的四分之一内的所有位置来优化搜索过程。在诸如四边形拼块的规则形状拼块中，确定位置是否位于规则形状的区段（例如，正方形）内通常是与用于标识位置是否位于形状更不规则的边界多边形内的更复杂的过程相比对于处理器108简单得多的计算过程。对于包括大量位置的拼块而不是标识每个单独位置是否位于边界多边形内，细分过程可以更高效。对于大拼块，处理器108可选地多次执行细分处理以确定拼块的较小子区段是否完全位于边界多边形内。

过程200继续针对与边界多边形对齐的任何附加拼块的上面参考框216-224描述的处理（框228）。一旦处理了所有拼块，处理器108就使用诸如边界多边形724的边界多边形内的对象位置来生成对应于边界多边形的区域中的位置处的用于3D虚拟环境中的对象的图形。在一些实施例中，处理器108使用时钟118来标识日期和对应的一年中时间，诸如冬季、春季、夏季或秋季。然后，处理器108从存储器120中选择一组图形对象128，以用于基于所标识的一年中时间或影响图形数据的选择的其他地理和环境因素来生成区域内的对象以在三维虚拟环境中显示对象（框232）。例如，图9描绘了对应于春季和夏季月份中的树的第一组图形对象904以及树908的部分显示。在图9中，第二组对象图形912对应于秋季中的树并且显示916描绘了3D虚拟环境中的秋季树对象。两组图形对象904和912都包括多个图形模型，诸如图9中描绘的每组四个树模型，其对应于边界多边形内的每个对象位置处的类型代码数据。在图形渲染过程期间，处理器108为对应的对象位置选择对应于每种类型对象的对象模型，以生成包括不同类型对象（诸如图9中的不同类型树）的三维虚拟环境的图形。

在进一步的实施例中，存储器120存储用于不同的季节、一天中时间以及可选地不同的天气条件的对象图形数据128。处理器108可选地基于季节从存储器120中检索一组图形对象128，以使得系统100能够生成具有反映系统100外部的物理环境的外观的更高可能性的图形。例如，当并入车载导航系统中时，季节性对象图形描绘一年中不同时间处的车辆的周围环境。

虽然图9描绘了描绘一年中不同时间处的树的两组不同的图形对象904和912，但是在另一实施例中，系统100选择不同的可编程着色器，诸如片段着色器，其调整表示树的单组图形模型的外观。处理器108中的GPU 116执行着色器程序以在下面描述的图形渲染过程期间改变用于对象的模型的外观。例如，在一种配置中，不同的着色器调整树模型的颜色以反映不同的季节。

再次参考图2，当处理器108生成包括位于区域中的边界多边形内的多个对象位置中的多个对象的图形描绘的三维虚拟环境的图形描绘时，过程200继续（框236）。在处理器108中，CPU 112和GPU 116使用显示器144来处理3D虚拟环境数据，以生成3D虚拟环境内的陆地和其他特征的图形显示。处理器108还使用所检索的对象图形模型来使得GPU 116能够生成在边界多边形中指定的对象位置处的不同对象类型的图形描绘。图8描绘了3D虚拟环境中的陆地的第一显示804，其中具有道路820和包括包含树的区段806A和806B的道路周围的预定区域。在显示808中，处理器108中的GPU 116生成区域806A和806B中的树的图形描绘。道路820保持没有树，因为处理器108生成具有排除区域内的道路820的侧的边界多边形。第三显示812包括显示808的相同位置处的树，但是使用图形对象模型或着色器效果来显示秋季季节期间而不是如显示808中所描绘的春季或夏季期间的3D虚拟环境和树模型。

过程200使得系统100能够以用于将程序生成对象放置在3D虚拟环境的不同区域内的减少的计算要求来生成包括大量程序生成树或其他对象的3D虚拟环境的图形显示。在一些实施例中，包括边界多边形内的对象位置的边界多边形（诸如图7的多边形724）可以针对在频繁基础上被显示的3D虚拟环境的预定区域被高速缓存到存储器120，以进一步减少过程200的计算要求。

如上所述，系统100从存储器120中检索多个预定拼块132。在一些实施例中，系统100经由用户输入设备146接收用于指定密度和对象类型参数的用户输入以调整每个拼块内的对象位置的分布。图3描绘了用于在过程200期间从存储器120检索拼块数据132之前生成拼块的过程300。在下面的讨论中，对执行功能或动作的过程300的引用是指处理器执行所存储的程序指令以执行与图形显示系统中的其他组件相关联的功能或动作的操作。为了说明的目的，结合图1的系统100和图5和图9的描绘来描述过程300。

当系统100从用户输入设备146接收指定一个或多个参数（诸如对应于一个或多个拼块内的多个对象的密度的第一输入参数和对应于与对象对应的每个拼块中的多个位置的对象类型的分布的第二输入参数）的用户输入时，过程300开始（框304）。在系统100中，用户输入设备146从用户接收指定输入参数的输入，以调整系统100在三维虚拟环境中显示的对象的密度、分布和类型。在一个实施例中，用户输入设备146与显示器144集成，以使得来自用户的触摸输入能够使用例如滑动器控制元件来指定参数，所述滑动器控制元件使得用户能够输入用于对象密度的参数、系统显示的对象的类型、以及可选地输入其他参数，诸如对象的统计分布。图5描绘了输入参数504的示例，其标识与每个拼块中的对象密度对应的一组四个拼块中的每个拼块的对象（图5的情况下的树）的数量、以及树类型的数量，其对应于描绘3D虚拟环境中的四种类型的树的四个不同的图形对象。

当处理器108基于输入参数生成具有对象位置和编码对象类型的拼块时，过程300继续（框308）。在图5中，框508表示系统100中的生成拼块的硬件和软件，诸如处理器108执行以生成拼块的软件程序。在系统100中，处理器108执行随机分布过程以生成与图5的四个拼块512A-512D中的每个中的对象对应的预定数量的位置。在其中在每个拼块中包括多种类型的对象（诸如多个图形树对象）的实施例中，在每个拼块中，处理器108标识与对象对应的位置并对用于对象的类型值进行编码。在一些实施例中，对应于每个拼块的数据被编码为稀疏矩阵或其他空间高效编码数据结构，其表示每个拼块的二维区域以及每个拼块中的对象的位置和类型。虽然本文描绘的拼块的实施例包括具有四边形形状的拼块，但是替代实施例使用具有不同形状的拼块，诸如六边形、三角形、或适于连续二维布置中的布置的任何其他形状。

在图5的示例中，处理器108基于随机分布（诸如均匀随机分布）生成其中对象的位置在每个拼块中分布的拼块。然而，在其他配置中，分布可以遵循不同的统计分布（例如，高斯、泊松等）或者包括用于分布对象的聚集或分形生长过程，诸如形成树丛而不是单独的树的分布。类似地，处理器108应用统计过程来生成用于每个对象的类型代码标识符，其中出于说明的目的，拼块512A-512D中的对象位置被编码为“W”、“X”、“Y”和“Z”以表示四种不同类型的对象。用户输入参数可选地指定应在每个拼块中生成的不同类型的对象以及每种对象类型的相对频率。如图9中所描绘的，每个对象类型（例如，图5中的W-Z）对应于图形对象模型，诸如表示春季和夏季的树的四个树模型904或表示秋季的树的四个树模型912之一。如上所述，处理器108从存储器120中的对象图形数据128检索与特定的一年中时间对应的图形模型的多个对象的子集，并基于每个拼块中的对象类型标识符和位置来生成用于不同对象类型的图形模型。

当处理器108将所生成的拼块数据存储在存储器中以供随后在三维虚拟环境内的对象的图形的过程生成中使用时，过程300继续（框312）。在系统100中，处理器108将拼块与拼块数据132一起存储。系统100以离线方式或在处理器108和系统100中的其他资源不以其他方式较重地用于3D图形生成或其他过程时的时段期间在相对不频繁的基础上执行过程300。如上面在过程200中所描述的，存储器120中存储的拼块数据132使得能够实现3D虚拟环境中的对象图形的高效过程生成，而不需要处理器108在每次系统100生成3D虚拟环境的图形时执行分布对象所需的处理。

将理解，上述公开的变体和其他特征和功能或其替代方案可以合期望地组合到许多其他不同的系统、应用或方法中。本领域技术人员随后可以做出也意图被以下权利要求所涵盖的各种目前未预见或未预期的替代方案、修改、变化或改进。

Claims (20)

1.一种用于生成三维虚拟环境中的与多个对象对应的图形的方法，包括：

利用处理器生成与包括多个对象的三维虚拟环境内的区域的尺寸和形状对应的边界多边形；

利用处理器从存储器中检索多个拼块，每个拼块包括与分布在拼块中的多个对象的预定多个位置对应的数据；

利用处理器对齐边界多边形与多个拼块的二维布置；

利用处理器基于与拼块内的预定多个位置对应的数据来标识边界多边形内的多个对象位置，每个对象位置对应于位于边界多边形内的多个拼块中的一个拼块中的一个预定位置；和

利用处理器和显示设备生成包括位于区域中的边界多边形内的多个对象位置中的多个对象的图形描绘的三维虚拟环境的图形描绘。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，标识多个对象位置还包括：

利用处理器标识与多个拼块中的一个拼块的多个角落中的每个角落对应的多个角落位置；和

利用处理器响应于一个拼块的每个角落位置在边界多边形内而标识多个对象位置包括一个拼块内的所有预定多个位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，标识多个对象位置还包括：

利用处理器标识与多个拼块中的一个拼块的多个角落中的每个角落对应的多个角落位置；和

利用处理器响应于一个拼块的至少一个角落位置在边界多边形之外而标识多个对象位置包括一个拼块内的预定位置的仅一部分。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，生成三维虚拟环境中的多个对象的图形描绘还包括：

利用处理器中的时钟标识与三维虚拟环境对应的外部环境的一年中时间；和

利用处理器从存储器中检索与一年中时间对应的多个对象的子集。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，生成三维虚拟环境中的多个对象的图形描绘还包括：

利用处理器检索与多个树对应的多个图形对象；和

利用处理器和显示设备生成包括位于区域中的边界多边形内的多个对象位置中的多个树的图形描绘的三维虚拟环境的图形描绘。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，生成三维虚拟环境中的多个对象的图形描绘还包括：

利用处理器标识与多个拼块中的一个拼块中的多个对象位置中的第一对象位置相关联的第一对象类型；和

利用处理器生成包括从存储器中检索的第一对象位置中的第一对象类型所对应的对象的图形描绘的三维虚拟环境的图形描绘。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，生成边界多边形还包括：

利用处理器标识与延伸通过预定区域的三维虚拟环境中的道路对应的数据；和

利用处理器生成边界多边形，其包括与道路相接以从边界多边形中排除道路的边界多边形的至少一侧。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，多个拼块的布置还包括：

利用处理器参考存储在存储器中的预定随机索引以预定伪随机次序来布置多个拼块，所述布置包括多个拼块中的至少一个拼块的多个实例。

9.根据权利要求1所述的方法，还包括：

利用用户输入设备接收与多个对象的密度对应的第一输入参数；

利用处理器基于第一输入参数生成包括与多个拼块中的每个拼块的多个对象对应的位置的随机化分布的多个拼块；和

利用处理器在从存储器中检索多个拼块之前将多个拼块存储在存储器中。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括：

利用用户输入设备接收与多个对象的类型分布对应的第二输入参数；和

利用处理器基于第二输入参数生成包括多个拼块中的每个拼块中的多个位置的对象类型的随机化分布的多个拼块。

11.一种生成三维虚拟环境的图形表示的图形显示系统，包括：

显示设备，其被配置成生成三维虚拟环境的图形显示；

存储器，其被配置成存储：

与三维虚拟环境和多个对象对应的图形数据；和

多个拼块，每个拼块包括与分布在每个拼块中的多个对象的预定多个位置对应的数据；和

处理器，其可操作地连接到显示设备和存储器，所述处理器被配置成：

生成与包括多个对象的三维虚拟环境内的区域的尺寸和形状对应的边界多边形；

从存储器中检索多个拼块，每个拼块包括与分布在拼块中的多个对象的预定多个位置对应的数据；

对齐边界多边形与多个拼块的二维布置；

基于与拼块内的预定多个位置对应的数据来标识边界多边形内的多个对象位置，每个对象位置对应于位于边界多边形内的多个拼块中的一个拼块中的一个预定位置；和

利用显示设备生成包括位于区域中的边界多边形内的多个对象位置中的多个对象的图形描绘的三维虚拟环境的图形描绘。

12.根据权利要求10所述的系统，所述处理器还被配置成：

标识与多个拼块中的一个拼块的多个角落中的每个角落对应的多个角落位置；和

响应于一个拼块的每个角落位置在边界多边形内而标识多个对象位置包括一个拼块内的所有预定多个位置。

13.根据权利要求10所述的系统，所述处理器还被配置成：

标识与多个拼块中的一个拼块的多个角落中的每个角落对应的多个角落位置；和

响应于一个拼块的至少一个角落位置在边界多边形之外而标识多个对象位置包括一个拼块内的预定位置的仅一部分。

14.根据权利要求10所述的系统，还包括：

时钟；并且

所述处理器可操作地连接到所述时钟，并且还被配置成：

标识与三维虚拟环境对应的外部环境的一年中时间；和

从存储器中检索与一年中时间对应的多个对象的子集。

15.根据权利要求10所述的系统，所述处理器还被配置成：

检索与多个树对应的多个图形对象；和

利用处理器和显示设备生成包括位于区域中的边界多边形内的多个对象位置中的多个树的图形描绘的三维虚拟环境的图形描绘。

16.根据权利要求10所述的系统，所述处理器还被配置成：

标识与多个拼块中的一个拼块中的多个对象位置中的第一对象位置相关联的第一对象类型；和

生成包括从存储器中检索的第一对象位置中的第一对象类型所对应的对象的图形描绘的三维虚拟环境的图形描绘。

17.根据权利要求10所述的系统，所述处理器还被配置成：

标识与延伸通过预定区域的三维虚拟环境中的道路对应的数据；和

生成边界多边形，其包括与道路相接以从边界多边形中排除道路的边界多边形的至少一侧。

18.根据权利要求10所述的系统，所述处理器还被配置成：

参考存储在存储器中的预定随机索引以预定伪随机次序来布置多个拼块，所述布置包括多个拼块中的至少一个拼块的多个实例。

19.根据权利要求10所述的系统，所述处理器还被配置成：

接收与多个对象的密度对应的第一输入参数；

基于第一输入参数生成包括与多个拼块中的每个拼块的多个对象对应的位置的随机化分布的多个拼块；和

在从存储器中检索多个拼块之前将多个拼块存储在存储器中。

20.根据权利要求19所述的系统，所述处理器还被配置成：

接收与多个对象的类型分布对应的第二输入参数；和

基于第二输入参数生成包括多个拼块中的每个拼块中的多个位置的对象类型的随机化分布的多个拼块。