CN110322526A - 一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法，包括：首先采用WAMP中介云端对客户端和服务端之间的渲染请求和响应进行转接，以降低客户端和服务端之间的耦合性；并在传输实时渲染结果时，采用H.264编解码标准对传输的数据进行压缩，以消除时间冗余，在保证图片质量的前提下大大降低在网络传输的数据量，来减轻网络的传输压力，降低成本。本发明的有益效果是：本发明所提出的技术方案基于WAMP的双向实时通信处理，降低前后端耦合性，增加前后端开发的独立性，提高开发效率；利用H.264编解码标准，减轻网络传输压力，实现前后端交互的实时性，实现了渲染任务转移到后端执行。
Description
技术领域
本发明涉及三维渲染领域，尤其涉及一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法。
背景技术
随着虚拟现实、增强现实等三维交互相关产业的不断发展，要求客户端设备能够在用户的自由交互下实时显示真实感场景，为了满足终端用户对三维场景的高质量渲染要求，研发一种在低配置客户端设备上显示高质量渲染效果的技术，对推动虚拟现实产业的发展具有重大意义。
目前主要通过以下几种方式来实现渲染：一是基于客户端的渲染，具体的渲染流程在客户端上执行，此种方式能够及时提供响应反馈，但是要求客户端拥有强大的计算能力，提高用户的成本；二是基于云端的渲染，这种方法将渲染工作放在了云端，大大减轻了客户端的渲染压力，能够在低配置客户端上显示高质量的渲染效果，但是增加了网络的带宽压力，对信息处理能力提出了更高的要求，并且传统的基于云端渲染技术，客户端与云端耦合性较高，增加前后端开发的难度。
基于5G网络的实时渲染是一种基于服务器端的三维渲染和图像传输的综合技术，通过将实时渲染任务从客户端迁移到云端，从而减轻了客户端的渲染压力，但同时也增加了后端的三维渲染和网络中图像传输的压力。在云端收到客户端的渲染请求后，每帧画面需要经过渲染、编码、传输、解码、显示的过程，5G网络的发展能够实现高带宽和低延迟，但成本也比较高昂。
WAMP旨在为应用程序开发人员提供正确的语义级别，使其能够以一种方便和抽象的方式处理分布式应用程序中组件之间的消息传递和通信。它是基于WebSocket的一种路由协议，所有组件都连接到WAMP路由器，WAMP路由器在组件之间执行消息路由，并在一个Web本机协议中提供两种消息模式:发布和订阅(Pub&Sub)和路由远程过程调用(rRPC，routed Remote Procedure Calls)。WebSocket是相当底层的，只提供原始消息。WAMP以此为切入点。WAMP将rRPC和Pub&Sub的高级消息传递模式添加到WebSocket，完美的继承了WebSocket双向实时通信的优势，并实现了客户端与服务端的松耦合，因此可以提高前后端的开发效率。
发明内容
为了解决一般云端渲染模式下网络压力大、成本过高的问题，本发明提供了一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法，应用于一种基于云端架构的实时三维交互渲染系统中；
所述一种基于云端架构的实时三维交互渲染系统包括：客户端、WAMP中介云端和服务端；所述客户端有多个，所有客户端均包括图像解码器；所述服务端有多个，所有服务端均包括渲染引擎和图像编码器；
所述WAMP中介云端是基于WebSocket的一种路由协议，所有客户端和服务端都连接到WAMP路由器，WAMP路由器在客户端和服务端之间执行消息路由，并在一个Web本机协议中提供两种消息模式：远程过程调用和发布与订阅；WAMP中介云端将远程过程调用和发布于订阅的高级消息传递模式添加到WebSocket，继承了WebSocket双向实时通信的功能，实现了客户端与服务端的松耦合，以提高客户端和服务端端的开发效率；
当客户端和服务端通过所述WAMP中介云端的远程过程调用消息模式交互时，所述一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法，具体包括如下步骤：
S101：客户端发送渲染请求至WAMP中介云端；所述渲染请求中包括路由数据；所述路由数据为待接收数据的服务端的标识符；
S102：WAMP中介云端接收到所述渲染请求后，根据所述标识符定位对应的服务端，并将所述渲染请求发送至该服务端；
S103：所述服务端根据接收到的所述渲染请求，利用所述渲染引擎执行预设的渲染工程，产生对应客户端所需的渲染数据；
S104：在所述渲染引擎渲染结束后，所述服务端将渲染完成的渲染数据通过图像编码器进行编码，并通过H.264编解码标准进行压缩处理，以消除数据传输过程中的时间冗余和空间冗余，得到压缩后的渲染数据；
S105：所述服务端将所述压缩后的渲染数据发布至所述WAMP中介云端；
S106：所述WAMP中介云端接收所述压缩后的渲染数据，并按照原路线将所述压缩后的渲染数据发送至对应的客户端；
S107：所述客户端利用图像解码器对接收的所述压缩后的渲染数据进行解码，并利用H.264编解码标准对所述压缩后的渲染数据进行解压缩，得到所述渲染完成的渲染数据；
当客户端和服务端通过所述WAMP中介云端的发布于订阅消息模式交互时，所述一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法，具体包括如下步骤：
S201：客户端发送图像渲染更新事件至WAMP中介云端；所述图像渲染更新事件中包括路由数据；所述路由数据为目标服务端的标识符；
S202：WAMP中介云端接收到所述图像渲染更新事件后，根据所述标识符定位对应的服务端，并将所述图像渲染更新事件发送至该服务端；
S203：所述服务端接收到所述图像渲染更新事件后，利用所述渲染引擎对更新后的图像数据进行渲染；
S204：在所述渲染引擎渲染结束后，所述服务端将渲染完成的更新图像数据通过图像编码器进行编码，并通过H.264编解码标准进行压缩处理，以消除数据传输过程中的时间冗余和空间冗余，得到压缩后的更新渲染数据；
S205：所述服务端将所述压缩后的更新渲染数据发布至所述WAMP中介云端；
S206：所述WAMP中介云端接收所述压缩后的更新渲染数据，并按照原路线将所述压缩后的更新渲染数据发送至对应的客户端；
S207：所述客户端利用图像解码器对接收的所述压缩后的更新渲染数据进行解码，并利用H.264编解码标准对所述压缩后的更新渲染数据进行解压缩，得到所述渲染完成的更新图像数据，以对所述客户端中的原渲染数据进行更新。
进一步地，所述客户端为PC端、移动端、VR设备或者AR设备。
进一步地，所述客户端通过PC端的鼠标键盘请求、移动端的触屏请求、VR设备中的按键请求或者AR设备的手势请求，发送渲染请求至WAMP云端，进而在服务端的渲染引擎中发生渲染请求的响应。
进一步地，步骤S203中，所述服务端接收到所述图像渲染更新事件后，将持续性的将更新后的图像数据进行渲染压缩，进而通过WAMP中介云端发送至对应的客户端，以对客户端的渲染数据进行持续更新。
进一步地，所述客户端还包括显示设备。
进一步地，步骤S107中，所述客户端得到所述渲染完成的渲染数据后，利用显示设备对所述渲染完成的渲染数据进行显示，从而完成客户端和服务端之间的三维交互渲染。
进一步地，步骤S207中，所述客户端得到所述渲染完成的更新图像数据后，利用显示设备对所述渲染完成的更新图像数据进行显示，从而完成客户端和服务端之间的三维交互渲染。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所提出的技术方案具有以下优点：
1)基于WAMP的双向实时通信处理，降低前后端耦合性，增加前后端开发的独立性，提高开发效率；
2)利用H.264编解码标准，减轻网络传输压力，实现前后端交互的实时性，实现了渲染任务转移到后端执行。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中采用远程过程调用消息模式时一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法的流程图；
图2是本发明实施例中采用发布与订阅消息模式时一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法的流程图；
图3是本发明实施例中客户端与服务端之间的数据交互示意图；
图4是本发明实施例中WAMP中介云端的通信流程示例图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法，应用于一种基于云端架构的实时三维交互渲染系统中；所述一种基于云端架构的实时三维交互渲染系统包括：客户端、WAMP中介云端和服务端；所述客户端有多个，所有客户端均包括图像解码器；所述服务端有多个，所有服务端均包括渲染引擎和图像编码器；
所述WAMP中介云端是基于WebSocket的一种路由协议，所有客户端和服务端都连接到WAMP路由器，WAMP路由器在客户端和服务端之间执行消息路由，并在一个Web本机协议中提供两种消息模式：远程过程调用和发布与订阅，WAMP中介云端将远程过程调用和发布于订阅的高级消息传递模式添加到WebSocket，继承了WebSocket双向实时通信的功能，实现了客户端与服务端的松耦合，以提高客户端和服务端端的开发效率；
请参阅图1，图1是本发明实施例中采用远程过程调用消息模式时一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法的流程图；当客户端和服务端通过所述WAMP中介云端的远程过程调用消息模式交互时，所述一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法，具体包括如下步骤：
S101：客户端发送渲染请求至WAMP中介云端；所述渲染请求中包括路由数据；所述路由数据为待接收数据的服务端的标识符；
S102：WAMP中介云端接收到所述渲染请求后，根据所述标识符定位对应的服务端，并将所述渲染请求发送至该服务端；
S103：所述服务端根据接收到的所述渲染请求，利用所述渲染引擎执行预设的渲染工程，产生对应客户端所需的渲染数据；
S104：在所述渲染引擎渲染结束后，所述服务端将渲染完成的渲染数据通过图像编码器进行编码，并通过H.264编解码标准进行压缩处理，以消除数据传输过程中的时间冗余和空间冗余，得到压缩后的渲染数据；
S105：所述服务端将所述压缩后的渲染数据发布至所述WAMP中介云端；
S106：所述WAMP中介云端接收所述压缩后的渲染数据，并按照原路线将所述压缩后的渲染数据发送至对应的客户端；
S107：所述客户端利用图像解码器对接收的所述压缩后的渲染数据进行解码，并利用H.264编解码标准对所述压缩后的渲染数据进行解压缩，得到所述渲染完成的渲染数据；
步骤S106中，所述WAMP中介云端接收所述压缩后的渲染数据，并按照原路线将所述压缩后的渲染数据发送至对应的客户端；具体方法为：当客户端发送渲染请求至WAMP中介云端时，所述WAMP中介云端会记录该客户端的端口号，并将所述端口号与所述标识符进行绑定；当所述WAMP中介云端接收到所述压缩后的渲染数据后，会根据发送所述压缩后的渲染数据的服务端的标识符定位与其绑定的端口号，进而根据这个端口号定位对应的客户端。
请参阅图2，图2是本发明实施例中采用发布与订阅消息模式时一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法的流程图；当客户端和服务端通过所述WAMP中介云端的发布于订阅消息模式交互时，所述一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法，具体包括如下步骤：
S201：客户端发送图像渲染更新事件至WAMP中介云端；所述图像渲染更新事件中包括路由数据；所述路由数据为目标服务端的标识符；
S202：WAMP中介云端接收到所述图像渲染更新事件后，根据所述标识符定位对应的服务端，并将所述图像渲染更新事件发送至该服务端；
S203：所述服务端接收到所述图像渲染更新事件后，利用所述渲染引擎对更新后的图像数据进行渲染；
S204：在所述渲染引擎渲染结束后，所述服务端将渲染完成的更新图像数据通过图像编码器进行编码，并通过H.264编解码标准进行压缩处理，以消除数据传输过程中的时间冗余和空间冗余，得到压缩后的更新渲染数据；
S205：所述服务端将所述压缩后的更新渲染数据发布至所述WAMP中介云端；
S206：所述WAMP中介云端接收所述压缩后的更新渲染数据，并按照原路线将所述压缩后的更新渲染数据发送至对应的客户端；
S207：所述客户端利用图像解码器对接收的所述压缩后的更新渲染数据进行解码，并利用H.264编解码标准对所述压缩后的更新渲染数据进行解压缩，得到所述渲染完成的更新图像数据，以对所述客户端中的原渲染数据进行更新。
所述客户端为PC端、移动端、VR设备或者AR设备。
所述客户端通过PC端的鼠标键盘请求、移动端的触屏请求、VR设备中的按键请求或者AR设备的手势请求，发送渲染请求至WAMP云端，进而在服务端的渲染引擎中发生渲染请求的响应。
步骤S203中，所述服务端接收到所述图像渲染更新事件后，将持续性的将更新后的图像数据进行渲染压缩，进而通过WAMP中介云端发送至对应的客户端，以对客户端的渲染数据进行持续更新。
所述客户端还包括显示设备。
步骤S107中，所述客户端得到所述渲染完成的渲染数据后，利用显示设备对所述渲染完成的渲染数据进行显示，从而完成客户端和服务端之间的三维交互渲染。
步骤S207中，所述客户端得到所述渲染完成的更新图像数据后，利用显示设备对所述渲染完成的更新图像数据进行显示，从而完成客户端和服务端之间的三维交互渲染。
请参阅图3，图3是本发明实施例中客户端与服务端之间的数据交互示意图；整个交互流程分为两大部分：一个是远程过程调用，另一个是发布与订阅；
第一部分远程过程调用是一个信息传递的过程，与传统的远程响应不同的是，WAMP设计了一种路由远程响应对客户端和后端进行解耦，请求者不再需要知道响应者；它只需要知道要请求的过程的标识符。不再需要请求者和响应者之间的直接网络连接或路径，因为所有消息都在WAMP级别路由。这样一来就能够实现前后端开发人员的独立开发，提高开发效率(图4是本发明实施例中WAMP中介云端的通信流程示例图)；客户端与渲染引擎之间的请求响应的通信由它们的WAMP中介云端来完成，由云端进行消息的路由，这样就能够实现客户端与服务端的交互。
第二部分发布与订阅是一个响应结果的处理过程，渲染引擎接收到渲染图像更新事件订阅后，就会在每次渲染完成后,将渲染结果的图像数据通过图像编码器编码为图像数据编码并发布至WAMP中介云端，WAMP中介云端再将这种事件发布结果进行路由转换，转发给需要它的订阅者(订阅者即客户端)，订阅者就可以从云端下载经过编码的渲染数据，经解码器解码后就可以在低成本的显示设备上展示高质量的渲染效果。
为了实现实时的三维交互渲染，因此客户端得到的渲染画面必须低延迟，渲染数据的高速传输必须得到保障，由于大型三维场景的渲染画面数据量巨大，基于目前的网络传输速度以及考虑网路成本的条件下，利用H.264编解码标准，在保证图像质量的前提下对渲染图像进行压缩处理，消除图像的时间冗余、空间冗余等冗余信息到达缩小渲染结果数据量，大大降低了网络传输的压力。图像的编码上传过程发生在服务端的图像编码器中，下载解码过程发生在客户端的图像解码器中。
本发明的有益效果是：本发明所提出的技术方案具有以下优点：
1)基于WAMP的双向实时通信处理，降低前后端耦合性，增加前后端开发的独立性，提高开发效率；
2)利用H.264编解码标准，减轻网络传输压力，实现前后端交互的实时性，实现了渲染任务转移到后端执行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (7)
1.一种基于云端架构的实时三维交互渲染系统，其特征在于：包括：客户端、WAMP中介云端和服务端；所述客户端有多个，所有客户端均包括图像解码器；所述服务端有多个，所有服务端均包括渲染引擎和图像编码器；
所述WAMP中介云端是基于WebSocket的一种路由协议，所有客户端和服务端都连接到WAMP路由器，WAMP路由器在客户端和服务端之间执行消息路由，并在一个Web本机协议中提供两种消息模式：远程过程调用和发布与订阅；WAMP中介云端将远程过程调用和发布于订阅的高级消息传递模式添加到WebSocket，继承了WebSocket双向实时通信的功能，实现了客户端与服务端的松耦合，以提高客户端和服务端端的开发效率；
当客户端和服务端通过所述WAMP中介云端的远程过程调用消息模式交互时，所述一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法，具体包括如下步骤：
S101：客户端发送渲染请求至WAMP中介云端；所述渲染请求中包括路由数据；所述路由数据为待接收数据的服务端的标识符；
S102：WAMP中介云端接收到所述渲染请求后，根据所述标识符定位对应的服务端，并将所述渲染请求发送至该服务端；
S103：所述服务端根据接收到的所述渲染请求，利用所述渲染引擎执行预设的渲染工程，产生对应客户端所需的渲染数据；
S104：在所述渲染引擎渲染结束后，所述服务端将渲染完成的渲染数据通过图像编码器进行编码，并通过H.264编解码标准进行压缩处理，以消除数据传输过程中的时间冗余和空间冗余，得到压缩后的渲染数据；
S105：所述服务端将所述压缩后的渲染数据发布至所述WAMP中介云端；
S106：所述WAMP中介云端接收所述压缩后的渲染数据，并按照原路线将所述压缩后的渲染数据发送至对应的客户端；
S107：所述客户端利用图像解码器对接收的所述压缩后的渲染数据进行解码，并利用H.264编解码标准对所述压缩后的渲染数据进行解压缩，得到所述渲染完成的渲染数据；
当客户端和服务端通过所述WAMP中介云端的发布于订阅消息模式交互时，所述一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法，具体包括如下步骤：
S201：客户端发送图像渲染更新事件至WAMP中介云端；所述图像渲染更新事件中包括路由数据；所述路由数据为目标服务端的标识符；
S202：WAMP中介云端接收到所述图像渲染更新事件后，根据所述标识符定位对应的服务端，并将所述图像渲染更新事件发送至该服务端；
S203：所述服务端接收到所述图像渲染更新事件后，利用所述渲染引擎对更新后的图像数据进行渲染；
S204：在所述渲染引擎渲染结束后，所述服务端将渲染完成的更新图像数据通过图像编码器进行编码，并通过H.264编解码标准进行压缩处理，以消除数据传输过程中的时间冗余和空间冗余，得到压缩后的更新渲染数据；
S205：所述服务端将所述压缩后的更新渲染数据发布至所述WAMP中介云端；
S206：所述WAMP中介云端接收所述压缩后的更新渲染数据，并按照原路线将所述压缩后的更新渲染数据发送至对应的客户端；
S207：所述客户端利用图像解码器对接收的所述压缩后的更新渲染数据进行解码，并利用H.264编解码标准对所述压缩后的更新渲染数据进行解压缩，得到所述渲染完成的更新图像数据，以对所述客户端中的原渲染数据进行更新。
2.如权利要求1所述的一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法，其特征在于：所述客户端为PC端、移动端、VR设备或者AR设备。
3.如权利要求2所述的一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法，其特征在于：所述客户端通过PC端的鼠标键盘请求、移动端的触屏请求、VR设备中的按键请求或者AR设备的手势请求，发送渲染请求至WAMP云端，进而在服务端的渲染引擎中发生渲染请求的响应。
4.如权利要求1所述的一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法，其特征在于：步骤S203中，所述服务端接收到所述图像渲染更新事件后，将持续性的将更新后的图像数据进行渲染压缩，进而通过WAMP中介云端发送至对应的客户端，以对客户端的渲染数据进行持续更新。
5.如权利要求1所述的一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法，其特征在于：所述客户端还包括显示设备。
6.如权利要求5所述的一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法，其特征在于：步骤S107中，所述客户端得到所述渲染完成的渲染数据后，利用显示设备对所述渲染完成的渲染数据进行显示，从而完成客户端和服务端之间的三维交互渲染。
7.如权利要求5所述的一种基于云端架构的实时三维交互渲染方法，其特征在于：步骤S207中，所述客户端得到所述渲染完成的更新图像数据后，利用显示设备对所述渲染完成的更新图像数据进行显示，从而完成客户端和服务端之间的三维交互渲染。
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