CN110473280B - 多光源画面渲染方法、装置、存储介质、处理器和终端 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多光源画面渲染方法、装置、存储介质、处理器和终端。该方法包括:采用预设光照模型计算待渲染画面内多光源的初始光照能量分布;采用预设函数对初始光照能量分布进行修正,得到修正后光照能量分布;通过预设灰度校正方式对修正后光照能量分布进行线性叠加,得到待渲染画面的光照颜色。本发明解决了相关技术中采用物理渲染方式处理卡通画面易造成体感过强、画面表现变差的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及计算机领域,具体而言,涉及一种多光源画面渲染方法、装置、存储介质、处理器和终端。
背景技术
目前,卡通渲染属于非真实渲染领域的主要研究对象,是实时渲染领域的一个重要分支。由于卡通渲染在游戏领域的广泛使用,因此,卡通渲染在效果、性能、易用性等方面都需要进行仔细地考虑和优化。
在相关技术中所提供的卡通光照方案中很少会使用到多光源光照模式。那么,造成此种现象的原因在于:非连续性的明暗分布在多光源的环境下会出现一些显示问题。除非引入更加物理的渲染方案,否则无法解决上述缺陷。然而,如果引入物理的渲染方案,则又会与卡通渲染的扁平化,手绘风格的目标相违背,进而还会出现体感过强、立体感太明显的问题。此外,物理的光照模式会破坏原画的明暗对比效果,从而导致画面表现变差。
针对上述的问题,目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明至少部分实施例提供了一种多光源画面渲染方法、装置、存储介质、处理器和终端,以至少解决相关技术中采用物理渲染方式处理卡通画面易造成体感过强、画面表现变差的技术问题。
根据本发明其中一实施例,提供了一种多光源画面渲染方法,包括:采用预设光照模型计算待渲染画面内多光源的初始光照能量分布;采用预设函数对初始光照能量分布进行修正,得到修正后光照能量分布;通过预设灰度校正方式对修正后光照能量分布进行线性叠加,得到待渲染画面的光照颜色。
可选地,采用预设光照模型计算初始光照能量分布包括:获取待渲染画面内的三维模型表面的法线向量以及三维模型表面在接收到多光源的入射光照射后均匀反射的光线向量;计算法线向量与光线向量的点积,得到初始光照能量分布。
可选地,采用预设函数对初始光照能量分布进行修正,得到修正后光照能量分布包括:采用预设函数对初始光照能量分布进行平滑二值化处理,得到处理结果;采用处理结果、多光源的光照初始能量值以及预设光照能量衰减值计算得到修正后光照能量分布。
可选地,通过预设灰度校正方式对修正后光照能量分布进行线性叠加,得到待渲染画面的光照颜色包括:通过预设灰度校正方式中的第一曲线变换将修正后光照能量分布由能量空间转换至线性空间进行叠加处理;通过预设灰度校正方式中的第二曲线变换将叠加结果从线性空间转换回能量空间,得到待渲染画面的光照颜色。
可选地,预设光照模型为朗伯(Lambertian)光照模型。
可选地,预设函数为平滑二值化(smoothstep)函数。
可选地,预设灰度校正方式为伽马(gamma)校正方式。
根据本发明其中一实施例,还提供了一种多光源画面渲染装置,包括:
计算模块,用于采用预设光照模型计算待渲染画面内多光源的初始光照能量分布;修正模块,用于采用预设函数对初始光照能量分布进行修正,得到修正后光照能量分布;处理模块,用于通过预设灰度校正方式对修正后光照能量分布进行线性叠加,得到待渲染画面的光照颜色。
可选地,计算模块包括:获取单元,用于获取待渲染画面内的三维模型表面的法线向量以及三维模型表面在接收到多光源的入射光照射后均匀反射的光线向量;第一计算单元,用于计算法线向量与光线向量的点积,得到初始光照能量分布。
可选地,修正模块包括:处理单元,用于采用预设函数对初始光照能量分布进行平滑二值化处理,得到处理结果;第二计算单元,用于采用处理结果、多光源的光照初始能量值以及预设光照能量衰减值计算得到修正后光照能量分布。
可选地,处理模块包括:第一变换单元,用于通过预设灰度校正方式中的第一曲线变换将修正后光照能量分布由能量空间转换至线性空间进行叠加处理;第二变换单元,用于通过预设灰度校正方式中的第二曲线变换将叠加结果从线性空间转换回能量空间,得到待渲染画面的光照颜色。
根据本发明其中一实施例,还提供了一种存储介质,存储介质包括存储的程序,其中,在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述多光源画面渲染方法。
根据本发明其中一实施例,还提供了一种处理器,处理器用于运行程序,其中,程序运行时执行上述多光源画面渲染方法。
根据本发明其中一实施例,还提供了一种终端,包括:一个或多个处理器,存储器,显示装置以及一个或多个程序,其中,一个或多个程序被存储在存储器中,并且被配置为由一个或多个处理器执行,一个或多个程序用于执行上述多光源画面渲染方法。
在本发明至少部分实施例中,采用预设光照模型计算待渲染画面内多光源的初始光照能量分布以及采用预设函数对初始光照能量分布进行修正从而得到修正后光照能量分布的方式,通过预设灰度校正方式对修正后光照能量分布进行线性叠加,得到待渲染画面的光照颜色,达到了弱化光照的体感、保持原画明暗分布的多光源光照的目的,从而实现了保持卡通光照非连续性的特点(即光照的变化不是渐变而是突变的),同时又能够保留物体因光源的衰减和色调变化而发生变化的特性的技术效果,进而解决了相关技术中采用物理渲染方式处理卡通画面易造成体感过强、画面表现变差的技术问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解,构成本申请的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是根据本发明其中一实施例的多光源画面渲染方法的流程图;
图2是根据本发明其中一优选实施例的修正光照能量分布的示意图;
图3是根据本发明其中一优选实施例的利用gamma校正的曲线变换示意图;
图4是根据本发明其中一实施例的多光源画面渲染装置的结构框图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,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的实施例,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,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
根据本发明其中一实施例,提供了一种多光源画面渲染方法的实施例,需要说明的是,在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行,并且,虽然在流程图中示出了逻辑顺序,但是在某些情况下,可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明其中一实施例的多光源画面渲染方法的流程图,如图1所示,该方法包括如下步骤:
步骤S12,采用预设光照模型计算待渲染画面内多光源的初始光照能量分布;
步骤S14,采用预设函数对初始光照能量分布进行修正,得到修正后光照能量分布;
步骤S16,通过预设灰度校正方式对修正后光照能量分布进行线性叠加,得到待渲染画面的光照颜色。
通过上述步骤,可以采用预设光照模型计算待渲染画面内多光源的初始光照能量分布以及采用预设函数对初始光照能量分布进行修正从而得到修正后光照能量分布的方式,通过预设灰度校正方式对修正后光照能量分布进行线性叠加,得到待渲染画面的光照颜色,从而绘制具有多光源光照效果的画面,达到了弱化光照的体感、保持原画明暗分布的多光源光照的目的,从而实现了保持卡通光照非连续性的特点(即光照的变化不是渐变而是突变的),同时又能够保留物体因光源的衰减和色调变化而发生变化的特性的技术效果,进而解决了相关技术中采用物理渲染方式处理卡通画面易造成体感过强、画面表现变差的技术问题。
在优选实施过程中,上海苏预设光照模型为Lambertian光照模型。上述预设函数为smoothstep函数。上述预设灰度校正方式为gamma校正方式。
可选地,在步骤S12中,采用预设光照模型计算初始光照能量分布可以包括以下执行步骤:
步骤S121,获取待渲染画面内的三维模型表面的法线向量以及三维模型表面在接收到多光源的入射光照射后均匀反射的光线向量;
步骤S122,计算法线向量与光线向量的点积,得到初始光照能量分布。
Lambertian表面(相当于上述三维模型表面)是指在一个固定的照明分布下,从各个视场方向上观测均具有相同亮度的表面。该Lambertian表面不吸收任何入射光。无论照明分布如何,Lambertian表面在表面的各个方向上接收并发射所有的入射光,由此可以在每个方向上均可以看到相同数量的能量。通过使用Lambertian光照模型能够计算出待渲染画面内多光源的初始光照能量分布。假设Lambertian表面的法线向量为N,Lambertian表面均匀反射的光线向量为L,法线向量与光线向量之间的夹角为θ,则利用Lambertian光照模型,按照如下公式计算得到法线向量与光线向量之间的点积:
normal_dot_light=dot(N,L);
通过该公式能够计算得到能量分布结果,其值为normal_dot_light。
可选地,在步骤S14中,采用预设函数对初始光照能量分布进行修正,得到修正后光照能量分布可以包括以下执行步骤:
步骤S141,采用预设函数对初始光照能量分布进行平滑二值化处理,得到处理结果;
步骤S142,采用处理结果、多光源的光照初始能量值以及预设光照能量衰减值计算得到修正后光照能量分布。
smoothstep(a,b,x)函数的作用在于:处于取值范围为a-b的x取值映射至0-1区间。在一个可选实施例中,图2是根据本发明其中一优选实施例的修正光照能量分布的示意图,如图2所示,smoothstep(0.01f,0.11f,normal_dot_light)可以将处于取值范围为0.01f-0.11f的normal_dot_light取值平滑插值至0-1区间。
采用smoothstep函数对上述计算得到的能量分布结果进行修正,进而得到修正后的能量分布Light_color,其计算公式如下:
Light_color=light_diffuse.xyz*smoothstep(0.01f,0.11f,normal_dot_light)*light_atten;
其中,light_diffuse表示多光源的光照初始能量值,light_atten表示预设光照能量衰减值,normal_dot_light表示法线向量与光线向量之间的点积,Light_color表示最终光照渲染的能量值。
由于对Lambertian光照能量分布进行类似二值化的smooth step操作,因此,在光照动态变化时,降低对美术原画的明暗比例影响,由此可以极大地减少美术制作过程中需要调试的环节。即,由于最终显示的渲染结果无限接近于美术画的固有色贴图,因此,美术工作人员后续无需进行过多的参数修改。
可选地,在步骤S16中,通过预设灰度校正方式对修正后光照能量分布进行线性叠加,得到待渲染画面的光照颜色可以包括以下执行步骤:
步骤S161,通过预设灰度校正方式中的第一曲线变换将修正后光照能量分布由能量空间转换至线性空间进行叠加处理;
步骤S162,通过预设灰度校正方式中的第二曲线变换将叠加结果从线性空间转换回能量空间,得到待渲染画面的光照颜色。
在一个可选实施例中,在多光源同时作用下,通过将卡通光照结果转换到能量的线性空间实现多光源的能量在线性空间内的线性叠加,然后再转换回gamma空间获得显示屏上光照结果(即显示颜色),由此可以避免画面过度曝光的问题。具体地,图3是根据本发明其中一优选实施例的利用gamma校正的曲线变换示意图,如图3所示,利用gamma校正的第一曲线变换公式:y=xgamma,其中,gamma值为1/2.2,将修正后的多光源的能量分布转换到能量的线性空间进行叠加,以确保叠加结果的准确性。然后再利用gamma校正的第二曲线变换公式:y=xgamma,其中,gamma值为2.2,将线性空间的叠加结果转换回能量空间(其可以采用颜色作为度量),即可绘制出多光源的卡通光照效果。
通过采用上述技术方案,在保持非连续的卡通光照前提下,实现了多光源的卡通光照模型。而且,由于在渲染模型之外的性能消耗较低,因此,能够广泛地应用于低、中、高性能的用户设备。
根据本发明其中一实施例,提供了一种多光源画面渲染方法的实施例,图4是根据本发明其中一实施例的多光源画面渲染装置的结构框图,如图4所示,该装置包括:计算模块10,用于采用预设光照模型计算待渲染画面内多光源的初始光照能量分布;修正模块20,用于采用预设函数对初始光照能量分布进行修正,得到修正后光照能量分布;处理模块30,用于通过预设灰度校正方式对修正后光照能量分布进行线性叠加,得到待渲染画面的光照颜色。
可选地,计算模块10包括:获取单元(图中未示出),用于获取待渲染画面内的三维模型表面的法线向量以及三维模型表面在接收到多光源的入射光照射后均匀反射的光线向量;第一计算单元(图中未示出),用于计算法线向量与光线向量的点积,得到初始光照能量分布。
可选地,修正模块20包括:处理单元(图中未示出),用于采用预设函数对初始光照能量分布进行平滑二值化处理,得到处理结果;第二计算单元(图中未示出),用于采用处理结果、多光源的光照初始能量值以及预设光照能量衰减值计算得到修正后光照能量分布。
可选地,处理模块30包括:第一变换单元(图中未示出),用于通过预设灰度校正方式中的第一曲线变换将修正后光照能量分布由能量空间转换至线性空间进行叠加处理;第二变换单元(图中未示出),用于通过预设灰度校正方式中的第二曲线变换将叠加结果从线性空间转换回能量空间,得到待渲染画面的光照颜色。
根据本发明其中一实施例,还提供了一种存储介质,存储介质包括存储的程序,其中,在程序运行时控制存储介质所在设备执行上述多光源画面渲染方法。上述存储介质可以包括但不限于:U盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
根据本发明其中一实施例,还提供了一种处理器,处理器用于运行程序,其中,程序运行时执行上述多光源画面渲染方法。上述处理器可以包括但不限于:微处理器(MCU)或可编程逻辑器件(FPGA)等的处理装置。
根据本发明其中一实施例,还提供了一种终端,包括:一个或多个处理器,存储器,显示装置以及一个或多个程序,其中,一个或多个程序被存储在存储器中,并且被配置为由一个或多个处理器执行,一个或多个程序用于执行上述多光源画面渲染方法。在一些实施例中,上述终端可以是智能手机(例如:Android手机、iOS手机等)、平板电脑、掌上电脑以及移动互联网设备(Mobile Internet Devices,简称为MID)、PAD等终端设备。上述显示装置可以是触摸屏式的液晶显示器(LCD),该液晶显示器可使得用户能够与终端的用户界面进行交互。此外,上述终端还可以包括:输入/输出接口(I/O接口)、通用串行总线(USB)端口、网络接口、电源和/或相机。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述,不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中,应该理解到,所揭露的技术内容,可通过其它的方式实现。其中,以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如所述单元的划分,可以为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方式,例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口,单元或模块的间接耦合或通信连接,可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的,作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元,即可以位于一个地方,或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外,在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多光源画面渲染方法,其特征在于,包括:
采用预设光照模型计算待渲染画面内多光源的初始光照能量分布;
采用预设函数对所述初始光照能量分布进行修正,得到修正后光照能量分布;
通过预设灰度校正方式对所述修正后光照能量分布进行线性叠加,得到待渲染画面的光照颜色;
其中,采用所述预设函数对所述初始光照能量分布进行修正,得到所述修正后光照能量分布包括:采用所述预设函数对所述初始光照能量分布进行平滑二值化处理,得到处理结果;采用所述处理结果、所述多光源的光照初始能量值以及预设光照能量衰减值计算得到所述修正后光照能量分布;
其中,通过所述预设灰度校正方式对所述修正后光照能量分布进行线性叠加,得到所述待渲染画面的光照颜色包括:通过所述预设灰度校正方式中的第一曲线变换将所述修正后光照能量分布由能量空间转换至线性空间进行叠加处理;通过所述预设灰度校正方式中的第二曲线变换将叠加结果从所述线性空间转换回所述能量空间,得到所述待渲染画面的光照颜色。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,采用所述预设光照模型计算所述初始光照能量分布包括:
获取所述待渲染画面内的三维模型表面的法线向量以及所述三维模型表面在接收到所述多光源的入射光照射后均匀反射的光线向量;
计算所述法线向量与所述光线向量的点积,得到所述初始光照能量分布。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预设光照模型为朗伯Lambertian光照模型。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预设函数为平滑二值化smoothstep函数。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预设灰度校正方式为伽马gamma校正方式。
6.一种多光源画面渲染装置,其特征在于,包括:
计算模块,用于采用预设光照模型计算待渲染画面内多光源的初始光照能量分布;
修正模块,用于采用预设函数对所述初始光照能量分布进行修正,得到修正后光照能量分布;
处理模块,用于通过预设灰度校正方式对所述修正后光照能量分布进行线性叠加,得到待渲染画面的光照颜色;
其中,所述修正模块,还用于采用所述预设函数对所述初始光照能量分布进行平滑二值化处理,得到处理结果;采用所述处理结果、所述多光源的光照初始能量值以及预设光照能量衰减值计算得到所述修正后光照能量分布;
其中,所述处理模块包括:第一变换单元,用于通过所述预设灰度校正方式中的第一曲线变换将所述修正后光照能量分布由能量空间转换至线性空间进行叠加处理;第二变换单元,用于通过所述预设灰度校正方式中的第二曲线变换将叠加结果从所述线性空间转换回所述能量空间,得到所述待渲染画面的光照颜色。
7.根据权利要求6所述的装置,其特征在于,所述计算模块包括:
获取单元,用于获取所述待渲染画面内的三维模型表面的法线向量以及所述三维模型表面在接收到所述多光源的入射光照射后均匀反射的光线向量;
第一计算单元,用于计算所述法线向量与所述光线向量的点积,得到所述初始光照能量分布。
8.一种存储介质,其特征在于,所述存储介质包括存储的程序,其中,在所述程序运行时控制所述存储介质所在设备执行权利要求1至5中任意一项所述的多光源画面渲染方法。
9.一种处理器,其特征在于,所述处理器用于运行程序,其中,所述程序运行时执行权利要求1至5中任意一项所述的多光源画面渲染方法。
10.一种终端,其特征在于,包括:一个或多个处理器,存储器,显示装置以及一个或多个程序,其中,所述一个或多个程序被存储在所述存储器中,并且被配置为由所述一个或多个处理器执行,所述一个或多个程序用于执行权利要求1至5中任意一项所述的多光源画面渲染方法。
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