CN110599574B - 游戏场景的渲染方法、装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种游戏场景的渲染方法、装置及电子设备，涉及图像处理的技术领域，该游戏场景的渲染方法包括：在离线状态下对目标场景进行烘焙，获得多个预处理结果；其中，所述多个预处理结果包括所述目标场景分别在两种烘焙参数下的两个高光烘焙处理结果；通过PBR方式对所述预处理结果进行采样，并基于采样得到的所述预处理结果生成所述目标场景的渲染结果。本发明实施例缓解了现有技术中PBR渲染效率偏低的技术问题。

Description

游戏场景的渲染方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，尤其是涉及一种游戏场景的渲染方法、装置及电子设备。

背景技术

在基于PBR(Physically Based Rendering，基于物理的渲染)技术的游戏中，游戏场景会根据环境光照的变化而变化，体现出与现实世界相似的物理效果。比起传统模型渲染而言，PBR渲染后的物体更加逼真，包含的细节更加丰富，因此在PBR渲染过程中会使用大量的指令和操作来丰富模型细节，这个过程中会占据大量的设备资源。在高画质游戏中会使用大量的PBR渲染，虽然这类游戏画质细节丰富，场景逼真，但并非在游戏所有的过程中都需要使用PBR渲染，例如在视角固定的游戏场景或静止状态下的人物选择界面中，现有技术依旧需要复杂的PBR渲染过程，造成渲染效率偏低的技术问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种游戏场景的渲染方法、装置及电子设备，以缓解现有技术中PBR渲染效率偏低的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种游戏场景的渲染方法，包括：

在离线状态下对目标场景进行烘焙，获得多个预处理结果；其中，所述多个预处理结果包括所述目标场景分别在两种烘焙参数下的两个高光烘焙处理结果；

通过PBR方式对所述预处理结果进行采样，并基于采样得到的所述预处理结果生成所述目标场景的渲染结果。

在一些实施方式中，上述在离线状态下对目标场景进行烘焙，获得多个预处理结果的步骤，包括：

设置目标场景的烘焙环境；

在离线状态下利用两种不同的烘焙参数，分别对所述目标场景进行高光烘焙处理，获得所述目标场景的两个高光烘焙处理结果。

在一些实施方式中，所述多个预处理结果还包括所述目标场景的漫反射处理结果。

在一些实施方式中，上述通过PBR方式对所述预处理结果进行采样，并基于所述预处理结果生成所述目标场景的渲染结果的步骤，包括：

通过PBR方式分别对两个所述高光烘焙处理结果进行采样；

基于两个所述高光烘焙处理结果，对所述目标场景进行渲染，生成渲染结果。

在一些实施方式中，上述基于两个所述高光烘焙处理结果，对所述目标场景进行渲染，生成渲染结果的步骤，包括：

根据两个所述高光烘焙处理结果，获得菲涅尔方程的反射参数；

利用所述反射参数对应的菲涅尔方程，对所述目标场景进行渲染，生成渲染结果。

在一些实施方式中，上述在离线状态下利用两种不同的烘焙参数，分别对所述目标场景进行高光烘焙处理，获得所述目标场景的两个高光烘焙处理结果的步骤之后，还包括：

将两个所述高光烘焙处理结果进行合并，获得高光烘焙合并结果；

对所述高光烘焙合并结果进行存储。

在一些实施方式中，上述通过PBR方式对所述预处理结果进行采样，并基于所述预处理结果生成所述目标场景的渲染结果的步骤，包括：

通过PBR方式对所述高光烘焙合并结果进行采样；

基于采样到的所述高光烘焙合并结果，对所述目标场景进行渲染，生成渲染结果。

在一些实施方式中，上述设置目标场景的烘焙环境的步骤，包括：

获取目标场景的相机角度；

利用Blender工具设置与所述目标场景的相机角度相同的正交相机。

第二方面，本发明实施例提供了一种游戏场景的渲染装置，包括：

预处理模块，用于在离线状态下对目标场景进行烘焙，获得多个预处理结果；其中，所述多个预处理结果包括所述目标场景分别在两种烘焙参数下的两个高光烘焙处理结果；

渲染模块，用于通过基于物理的渲染PBR方式对所述预处理结果进行采样，并基于采样得到的所述预处理结果生成所述目标场景的渲染结果。

在一些实施方式中，上述预处理模块，包括：

环境子模块，用于设置目标场景的烘焙环境；

烘焙子模块，用于利用两种不同的烘焙参数，分别对所述目标场景进行高光烘焙处理，获得所述目标场景的两个高光烘焙处理结果。

在一些实施方式中，所述多个预处理结果还包括所述目标场景的漫反射处理结果。

在一些实施方式中，上述渲染模块，包括：

采样子模块，用于通过PBR方式分别对两个所述高光烘焙处理结果进行采样；

渲染子模块，用于基于两个所述高光烘焙处理结果，对所述目标场景进行渲染，生成渲染结果。

在一些实施方式中，上述渲染子模块，具体用于：

根据两个所述高光烘焙处理结果，获得菲涅尔方程的反射参数；

利用所述反射参数对应的菲涅尔方程，对所述目标场景进行渲染，生成渲染结果。

在一些实施方式中，上述预处理模块，还包括：

合并子模块，用于将两个所述高光烘焙处理结果进行合并，获得高光烘焙合并结果；

存储子模块，用于对所述高光烘焙合并结果进行存储。

在一些实施方式中，上述渲染模块，包括：

采样子模块，用于通过PBR方式对所述高光烘焙合并结果进行采样；

渲染子模块，用于基于采样到的所述高光烘焙合并结果，对所述目标场景进行渲染，生成渲染结果。

在一些实施方式中，上述环境子模块，具体用于：

获取目标场景的相机角度；

利用Blender工具设置与所述目标场景的相机角度相同的正交相机。

第三方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述游戏场景的渲染方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行上述游戏场景的渲染方法的步骤。

本发明实施例提供了一种游戏场景的渲染方法、装置及电子设备。在该游戏场景的渲染方法中，首先对目标场景进行烘焙，获得多个预处理结果，此过程是以离线处理的方式进行的。其中，多个预处理结果包括目标场景分别在两种烘焙参数下的两个高光烘焙处理结果。然后通过PBR方式对预处理结果进行采样，并基于采样得到的预处理结果生成目标场景的渲染结果。在视角固定的游戏场景中，光源方向及视角相关的参数都是固定不变的，所以能够以离线处理的方式提前进行渲染，形成多个预处理结果，并且可根据两个高光烘焙处理结果推算出目标场景的本色参数。在对目标场景进行实际渲染时，可以基于预先生成的预处理结果，再结合当前的光源进行PBR渲染，即可生成目标场景的渲染结果。

采用本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法、装置及电子设备，可以将大量的运算以离线处理的方式提前进行，简化了目标场景的PBR渲染过程，缓解了现有技术中PBR渲染效率偏低的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法的流程图；

图2为本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法的另一实施方式流程图；

图3为本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法中步骤S201的流程图；

图4为本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法中预处理结果的示意图；

图5为本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法中步骤S204的流程图；

图6为本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法的另一实施方式的流程图；

图7为本发明实施例提供的游戏场景的渲染装置的示意图；

图8为本发明实施例提供的游戏场景的渲染装置中预处理模块的示意图；

图9为本发明实施例提供的游戏场景的渲染装置中渲染模块的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

对游戏中模型的渲染是游戏开发过程中的重要组成部分，游戏中模型的渲染效果决定了游戏画面的质量和流畅度。PBR(基于物理的渲染)作为一种画质细腻的场景渲染方式，是基于真实世界光照物理模型的场景渲染技术，使用了更符合物理学规律的方式模拟光线，达到更真实的场景渲染效果，而且可以直接通过物理参数来直观的达到想要的结果。例如模型的高光细节效果、阴影展示效果以及光晕渐变效果等，通过使用PBR技术可非常逼真的展示出来，比起传统的模型渲染方式效果更加逼真。

在游戏的运行过程中，会出现不需要过多PBR渲染的游戏场景，比如游戏人物的选择界面、游戏人物的换装界面以及装备浏览选择界面等视角固定的游戏场景。本发明实施例针对此类游戏场景提供一种游戏场景的渲染方法、装置及电子设备。

本发明实施例提供了一种游戏场景的渲染方法，可应用于运行游戏的终端设备。如图1所示，该游戏场景的渲染方法包括以下步骤：

S101：在离线状态下对目标场景进行烘焙，获得多个预处理结果。

此过程是以离线处理的方式进行的，获得的多个预处理结果包括目标场景分别在两种烘焙参数下的两个高光烘焙处理结果。本领域技术中的烘焙，是指将光照信息渲染为贴图的过程，其目的是将场景中高精度模型上实现光照渲染。对目标场景进行烘焙后可使得其中的光照信息变成了贴图数据，不再需要CPU对光照进行计算，只需要贴图操作即可，因此速度极快。其中的烘焙参数主要是指环境光参数，比如先设置第一种烘焙参数，对目标场景进行高光烘焙，获得第一个高光烘焙处理结果；然后设置第二种烘焙参数，对目标场景进行高光烘焙，获得第二个高光烘焙处理结果。在视角固定的游戏场景中，光源方向及视角相关的参数都是固定不变的，所以能够以离线处理的方式提前进行渲染，形成多个预处理结果，并且可根据两个高光烘焙处理结果推算出目标场景的本色参数。

S102：通过PBR方式对预处理结果进行采样，并基于采样得到的预处理结果生成目标场景的渲染结果。

在对目标场景进行实际渲染时，可以通过PBR方式对步骤S101中预先生成的预处理结果进行采样，该预处理结果包括目标场景分别在两种烘焙参数下的两个高光烘焙处理结果。采样的过程可根据图形采样器、固定比率采样器以及自适应细分采样器等一种或多种，然后基于采样得到的预处理结果，再结合当前的光源进行PBR渲染，即可生成目标场景的渲染结果。由于预处理结果中包含多个目标场景的烘焙结果，目标场景的烘焙过程会占据大量资源，导致渲染效率降低。在本方案中可以看出，通过预处理的方式将对目标场景进行烘焙的过程实现进行处理，并且独立执行，可以将占据大量资源的场景烘焙过程独立出来。

烘焙时的光源可根据具体使用场景进行设定，直接照明场景下包含聚光灯、点光源、平行光、面积光等，间接照明场景下包含：天空漫反射；其它物理的漫反射；自发光物体反射等。产生的阴影效果可设置为无阴影、硬阴影、软阴影，阴影的质量也可根据使用场景进行设定。

渲染的过程基于预处理的结果，可使用3D Max或Unity 3D等工具进行实现，其中3D MAX(3D Studio Max)为Autodest公司开发的三维建模渲染和动画制作的应用程序；Unity 3D是Unity Technologies公司开发的游戏开发工具。上述工具均可实现目标场景的渲染过程。

采用本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法，可以将大量的运算以离线处理的方式提前进行，简化了目标场景的PBR渲染过程，缓解了现有技术中PBR渲染效率偏低的技术问题。

本发明实施例提供了游戏场景的渲染方法的另一实施方式。如图2所示，该游戏场景的渲染方法包括以下步骤：

S201：设置目标场景的烘焙环境。

烘焙处理是一种离线的渲染处理方式，并且能够将离线渲染处理后的结果保存下来。也就是可以预先进行大量复杂计算，在实际绘制的场景渲染过程中调用这些预先计算好的复杂计算的结果，来简化实际绘制的运算过程。

本发明实施例的算法原理，是对Substance的PBR shader(PBR着色器)进行拆分。Substance是一套PBR美术制作工具，包括打印机(Substance Printer)、设计师(SubstanceDesigner)和绘画(Substance Painter)等软件。其中，Substance Painter导出贴图的功能，因此可以将利用烘焙处理预先计算好的结果保存为贴图，以备之后直接调用。

PBR指的是一些在不同程度上都基于与现实世界的物理原理更相符的基本理论所构成的渲染技术的集合。正是因为基于物理的渲染目的便是为了使用一种更符合物理学规律的方式来模拟光线，因此这种渲染方式与原来的算法相比，总体上看起来要更真实一些。除了看起来更好些以外，由于PBR与物理性质非常接近，因此可以直接以物理参数为依据来编写表面材质，而不必依靠粗劣的修改与调整来让光照效果看上去正常。使用基于物理参数的方法来编写材质还有一个更大的好处，就是不论光照条件如何，这些材质看上去都会是正确的，而在非PBR的渲染管线当中有些东西就不会那么真实了。

绝大数多的PBR渲染开销都是来自于双向反射分布函数(BidirectionalReflectance Distribution Function，简称BRDF)用于描述物体表面入射光和反射光的关系。对于一个方向的入射光，表面会将光反射到表面上半球的各个方向，不同方向反射的比例是不同的，因此用BRDF来表示指定方向的反射光和入射光的比例关系。PBR渲染开销最大的BRDF运算，也就是关于镜面反射的运算。

BRDF接受入射方向、出射方向、平面法线、以及一个用来表示微平面粗糙程度的参数，作为函数的输入参数。BRDF可以近似的求出每束光线对一个给定了材质属性的平面上最终反射出来的光线所作出的贡献程度。举例来说，如果一个平面拥有完全光滑的表面(比如镜面)，那么对于所有的入射光线(除了一束以外)而言BRDF函数都会返回0.0，只有一束与出射光线拥有相同(被反射)角度的光线会得到1.0这个返回值。

为了对目标场景进行烘焙处理，首先需要搭建烘焙环境，如图3所示，具体包括以下步骤：

S2011：获取目标场景的相机角度。

因为本发明实施例应用于视角固定的游戏场景，所以需要先获取游戏场景中目标场景的相机角度，以便于后续烘焙环境的搭建。相机角度的获取根据设置统一的标准坐标轴来实现，通过记录相机成像的中心线与该标准坐标轴的三个方向的角度，来获取相机的角度数据。

S2012：利用Blender工具设置与目标场景的相机角度相同的正交相机。

本实施例中，采用Blender(搅拌机工具)来定制，搭建出所需的烘焙环境。Blender是一款开源的跨平台的三维动画制作工具，能够提供建模、UV映射、贴图、绑定、蒙皮、动画、粒子等其它系统的物理学模拟、脚本控制、渲染、运动跟踪、合成、后期处理、游戏制作等一系列制作解决方案。Blender拥有方便在不同工作下使用的多种用户界面，内置绿屏抠像、摄像机反向跟踪、遮罩处理、后期结点合成等高级影视解决方案，同时还支持多种第三方渲染器。

需要说明的是，Blender作为离线烘焙工具只是作为本发明实施的举例说明，重点在于其中离线烘焙的算法，因此Blender是可以被替换的。其他的动画制作工具通过适当调整，也可以具有同样的烘焙处理效果，所以在实际应用中使用的离线烘焙工具不一定是Blender。

采用正交相机，是本发明实施例能够提高PBR渲染效率的关键，正交相机采用orthographic projection(正交投影)来进行投影，在正交投影的模式下，无论物理距离相机的距离有多远或者有多近，在最终的渲染图片中物体的大小都保持不变。由于正交相机中的物体不会随着相机的距离而产生缩放，因此无法看到物体距离的远近，只能通过相互遮挡关系进行判断。透视相机采用perspective projection(透视投影)来进行投影，透视相机跟人眼看到的真实场景类似，当物体距离人眼较近时则呈现出较大的尺寸；当物体距离人员较远时则呈现出较小的尺寸，而事实上物体本身的尺寸并没有发生任何变化。正因为与人眼看到的真实场景相似，一般3D游戏的视角都是通过透视相机来实现的，但通过大量对比发现，各种材质在正交相机和透视相机下，对于材质感的表现效果差距不大，主要差别是光映射的位置略有偏移，以及高光部分的光斑扭曲程度存在很小的差别。然而在一般用户看来，没有办法感受到这种差别带来的影响，视觉上难以判断哪种相机的成像更合理。

设置与目标场景的相机角度相同的正交相机的过程中，需要使用的与步骤S2011中已设置的相同标准坐标轴，才能够保证所得到的相机角度相同。

本发明实施例中，所有烘焙处理的运算都使用了正交相机，但整个场景的渲染使用了透视相机。透视相机主要实现了物体近大远小的效果，也就是物体的形状效果依旧遵循透视运算流程，而光能传递的效果是正交运算流程。所以实际运用烘焙结果的BRDF部分，也就是本发明实施例中被简化的部分都是采用了正交相机。

S202：在离线状态下利用两种不同的烘焙参数，分别对目标场景进行高光烘焙处理，获得目标场景的两个高光烘焙处理结果。

使用正交相机时，眼睛向量和法线向量可以被存到一个圆上，圆上不同的点对应不同的参数：法线向量与眼睛向量之间的夹角(ndv)、眼睛向量与平分向量之间的夹角(vdh)、法线向量与平分向量之间的夹角(ndh)，其中平分向量是指位于眼睛向量和法线向量中间的平分线向量。

此时的采样可以采用材质捕获(Material Capture，简称Matcap)的方式，即可能找到对应的数据点。Matcap是一种把光照信息存储在纹理，从而省略大量光照计算(只需要采样一张图)，就可以实现有光的效果，适用于角色选择等展示场景，基本上场景内不会出现太大的光照变化，而更多的是人物特效、人物本身的展示。

同时，将表示粗糙度的256个值压缩到16个等级。如图4所示，不同的粗糙度等级分别对应不同的球体模型上(图中居左的16个球体模型是下文的漫反射处理结果，居中和居右的16个球体模型分别是两个高光烘焙处理结果)。那么任一球体模型上的一个点可以认为法线、视角、粗糙度都确定了，所以在镜面反射运算函数中，只有反射程度函数还没有确定解，因为会受到物体本色(specColor)参数的影响。

反射程度函数中的菲涅尔函数(fresnel)的部分是会受到本色参数的影响，本领域中的菲涅耳函数是描述反射光强度的函数，产生的菲涅耳效果是基于观察者的角度来形成不同强度的反射现象。菲涅耳函数中有两个未知量，但可以用两组不同参数下的烘焙结果去反推出未知量，从而通过简单计算获得任意灰度下的本色参数。高光部分是由于表面相对光滑的物体距离光源更近，所呈现的一种类似光源的效果，在高光周围会呈现出渐变的阴影，常出现在光滑的球型物体中。因为最后所有结果都是保存到图片上的，所以在选取灰度值时候尽量让两张高光烘焙处理结果的图片不过度曝光或是整体过暗，以避免部分信息丢失。因此，本发明实施例允许通过调节不同的比例去获得高光烘焙处理结果，最大程度保留信息。

此时有两个球体模型的图片，根据菲涅尔函数的表达式：

fresnel＝F0+(vec3(1.0)-F0)*sphg

可知，只要一个颜色数值和一个颜色比例数值即可。F0我们取的是灰度值，其范围是0-255；sphg是一个确定的固定值，该数值的精度为浮点型(float)。从菲涅耳函数的表达式中可以看出两个高光烘焙处理结果的颜色分量上是不应该有差别的，差别来自于结果亮度，因此可以把rgb三色灰阶存色偏，表示透明度的a通道编码去还原颜色比例。

本实施例还可以针对不同的基于图像的光照(Image Based Lighting，简称IBL)分别进行烘焙处理，生成两个高光烘焙处理结果，再利用一个额外的处理工具将两个高光烘焙处理结果合并到一个rgba通道上，该处理工具专门处理合并高光烘焙结果到rgba通道中，可部署在烘焙处理过程之后，每当生成两个高光烘焙处理的结果后，自动触发该处理工具，在对这两个高光烘焙处理结果进行验证后，合并到一个rgba通道中。该处理工具独立于方法流程，当处理工具发生异常时并不会影响烘焙处理。

IBL的意义是：比如，一个物体不会单独的存在一个空白的环境里面，在该物体的周围一定存在有其它的物体。当光源照射到其它物体上的时候，在该物体的表面一定也会发生反射，这其中就有很多反射的光线会传递到该物体上去。对于简单的直接光照系统，类似这种其他物体反射过来的光，一般就只是使用一个环境(Ambient)项来模拟。这种模拟方法只能够模拟单调的环境光照效果，想要更加丰富，更加精细的光照效果，就需要使用更加丰富的环境光照系统，而IBL就是实现它的一种方式。

如图4所示，不同的球体模型代表不同的粗糙度，所以有16个粗糙度的等级，之后也可以将这些球体模型改为3D贴图，这样不同级的粗糙度就能有过度。球体模型上的每个点类似于Matcap存放着不同法线的高光烘焙处理结果，因为是采用了正交相机，所以也就存放了不同视角和法线的夹角信息。

在一种实施方式中，在生成了两个高光烘焙处理结果之后，还可以通过漫反射烘焙处理，生成一个目标场景的漫反射处理结果。该漫反射处理结果和两个高光烘焙处理结果，也可以以图片的形式共同作为目标场景的多个预处理结果。

漫反射是光线投射在粗糙表面的物体时向各个方向反射的现象，呈现出的结果平行入射光经过漫反射后得到不同方向的出射光线。自然界中大多数物体由于表面光滑程度较低，所呈现的漫反射的场景较多，因此对目标场景进行漫反射烘焙得到的效果与真实场景更加逼真。

漫反射烘焙的过程中与物体表面粗糙程度、光线强度、入射角度等因素有关，因此漫反射的生成过程更加复杂。不同粗糙度等级的球体模型之间，漫反射处理结果的差异比较弱，虽然粗糙度等级对于漫反射的计算存在差别，但不特别明显，所以在一些实施方式中作为可选项。

S203：通过PBR方式分别对两个高光烘焙处理结果进行采样。

在对目标场景进行实际渲染时，可以通过PBR方式对前述步骤经烘焙处理预先生成的预处理结果进行采样。根据以上步骤的描述可知，对高光烘焙处理结果需要一次采样，该过程的消耗约等于PBR中采样IBL的立方体(cube)图。

如果步骤S202之后，生成了漫反射处理结果，可以选择采样贴图，也可以进行简单计算模拟。如果通过采样贴图获取了漫反射处理结果，对整体场景渲染效率的影响，就是会比常规PBR多一次采样过程。

S204：基于两个高光烘焙处理结果，对目标场景进行渲染，生成渲染结果。

基于步骤S203采样得到的预处理结果，再结合当前的光源进行PBR渲染，即可生成目标场景的渲染结果。如图5所示，具体可包括以下步骤：

S2041：根据两个高光烘焙处理结果，获得菲涅尔方程的反射参数。

根据上述菲涅尔函数的表达式，若要获得菲涅尔方程的反射参数，还需要一个颜色数值和一个颜色比例数值即可。

S2042：利用反射参数对应的菲涅尔方程，对目标场景进行渲染，生成渲染结果。

利用已获得反射参数的菲涅尔方程，就可以解出上述反射程度函数的解，进而快捷的解出BRDF函数，以便于对目标场景进行PBR渲染，生成渲染结果。

采用本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法，将场景渲染的过程分为两个大的步骤进行，第一步是预处理阶段，即上述步骤S201至步骤S202，利用烘焙技术离线处理，并以图片形式保存了预处理结果。第二步是实际渲染处理的阶段，即上述步骤S203至步骤S204，使用之前已生成的预处理结果进行运算。也就是说，低性能消耗就是由于大量计算都被离线处理了，而只需要保存处理完毕的预处理结果，所以在后面的实际渲染处理中，只需要基于预处理结果简单运算就能获得渲染结果。因此，本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法可以将大量的运算以离线处理的方式提前进行，简化了目标场景的PBR渲染过程，因此缓解了现有技术中PBR渲染效率偏低的技术问题。

同时，使用本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法也能够达到非常高的画面品质。这是因为现有的常规场景渲染流程中，为了保证效率，都是选用各种简化算法来实时计算，效果难以和烘焙处理不计效率的算法比效果，所以会因为提高处理效率而损失画面品质。而本发明实施例中是利用烘焙处理预先进行了运算，并保存了预处理结果，这些预处理结果的算法都是用了高质量的离线渲染的算法，所以能在提高渲染效率的前提下，同时保证场景的渲染效果。

本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法，在性能方面，对比常规的PBR渲染方案，所需的指令数更少，具有更高的场景渲染效率。同时，在渲染效果方面，不改动Substance默认Shader(着色器)情况下，材质感的还原度非常接近Substance效果。

其中Shader的含义是可编程图形管线，主要分为：Vertex Shader(定点Shader)和fragment Shader(片段Shader)。其中，图形管线的意义就是计算机处理图形显示的处理流水线。主流的Shader编程语言包括HLSL、GLSL、CG等。三者之间的区别主要在于，HLSL(高级着色器语言，High Level Shader Language)是微软基于DirectX的作品，只能运行在Windows系统的平台上。GLSL(OpenGL Shading Language，OpenGL着色器语言)，是用来在OpenGL(Open Graphics Library，开放图形库)中着色编程的语言(OpenGL是定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口规格的专业的图形程序接口)，是跨平台的着色器语言。这里存在一个问题，就是底层图形驱动限制了上层的编程语言，一旦想要改动图形驱动库，那就不得不重写整个Shader文件，此时CG(C for Graphic，图形C语言)就应运而生了，CG语言是为GPU(Graphics Processing Unit，视觉处理器)编程设计的高级着色语言，CG在HLSL和GLSL上做了进一步封装，屏蔽了上层的着色器语言对底层图形库的依赖。

本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法，在生产流程方面，适合工业化PBR的流水线作业，美术发包验证都可以基于Substance编辑，即可获得渲染结果。

在美术工作流程中，美术制作材质全部都在Substance里制作，制作完毕后用渲染模式进行收包验收。技术美术(Technical Artist，简称TA)能够提供一批表现较好的材质，以供选取填充，因此能够实现完全工业化PBR制作流程，不需要通过游戏运行来验证。

缩短编辑和最终效果的反馈时间是非常重要的，在美术工作过程中，通常并不倾向于使用Substance去制作PBR，两个主要原因就是，使用Photoshop(PS)反馈比使用Substance更加快捷；以及Substance和游戏运行时的表现效果不一致。而本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法，采用和Substance相同的光照系统下进行预先处理，所以就能够从发包到验收全部在Substance编辑器中完成。并且，本发明实施例的技术方案中还提供一套备选材质库，相比于PS，此处的规范化流程反而是更便捷的方案。

其次把美术流程分为两步进行，之前美术工艺制作完成某个物体放到场景中去，觉得最终效果不好，整体光照是不方便修改的，然后就去修改材质，以达到想要的效果。当该物体放到其他的光照条件下，效果就变得难以保证，也就是材质和光照混在一起验证是不合理的。而采用本发明实施例提供的技术方案，需要首先挑选物体的材质，而且材质是TA挑选的，光照用各种不同的HDR可以在Substance里去验证，验证不同光照环境下效果是否合适，不合适就再选其他的预设材质。此时制作出来的材质是正确的，而且能够对大多数常规环境光照有良好表现的结果。其次，就是一个游戏场景选取一张适合的HDR图去进行预先的烘焙处理，这样就能规避由于光照问题去改材质这样的错误流程。

当前大多数游戏通常使用的是，方向光加上IBL的光照的方案。但如果是固定视角的游戏场景，不需要动态光影的时候，IBL全权负责光照的全部信息，更符合真实的环境光照，同时可以匹配Substance的效果。高质量的HDR(High-Dynamic Range，高动态范围图像)图带来的光照信息也是PBR效果的保证。如果美术要增加部分光源信息可以在HDR LightStudio中编辑。在游戏场景中打光时，针对游戏场景情况选取HDR图，如果有特别需求可以用HDR Light Studio去修改。使用Blender和游戏内相同角度，相机模式调整成正交相机进行预处理烘焙，选用尽可能不丢失信息的烘焙参数，不过度曝光也不过度昏暗。

本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法，在兼容性方面，资源输入完全和PBR相同，方案只是对固定光照下各种复杂运算进行了预先处理，所以可以和常规的PBR材质随意切换对比。

以下是利用PVRShaderEditor调试工具，对本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法进行的效果测试，并与现有技术的渲染效果以及一款手机游戏的性能对比。对比过程主要依据PVRShaderEditor调试工具输出结果中的每行循环计数(per-line cycleestimate)的数值，该数值为指令数，数值的大小衡量了方案的渲染效能，数值越低，效果越好。

本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法，经PVRShaderEditor调试工具测试，得到的每行循环计数为60cycle。

现有技术采用Matcap方案，经PVRShaderEditor调试工具测试，得到的每行循环计数为164cycle。

某手机游戏的Matcap方案，经PVRShaderEdito调试工具测试，得到每行循环计数为66cycle。可见，所得的指令数与本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法中得到的每行循环计数60cycle的大小是相当的。

同款某手机游戏的PBR方案，经PVRShaderEditor调试工具测试，得到的每行循环计数为121cycle，可见该指令数远高于本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法中得到的每行循环计数60cycle。

通过以上一系列测试可知，本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法在性能上远优于现有的渲染方案。对比某手机游戏，其战斗内的角色采用了Matcap，角色选择的游戏场景采用了PBR。本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法能够达到Matcap的渲染效率，同时提供PBR的渲染效果。

在材质感表达方面，本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法是基于预计算的PBR方案，能够非常准确的还原物体的材质感。当然Subtance绘制模式是离线渲染，对于物体看不到的部分，以及物体(例如球体)内部几何关系导致的渲染差别，本发明实施例是无法实现的。此外，本发明实施例能够保证NeoX引擎的模型编辑器，到游戏内所有效果都是一致的。

以上的性能对比，仅是一部分实施方式的示例，并不表示利用PBR框架实现的游戏性能是唯一实现结果。其中采用的PBR也只表示一种渲染框架规范，实际上BRDF的各个部分或部件都是可替换的，以上测试对象都是选用了较简单的方式去实现PBR的算法，所以指令数有可能会存在完全不同量级的结果。

本发明实施例提供了游戏场景的渲染方法的另一实施方式，与上述实施方式基本相同，如图6所示，该游戏场景的渲染方法包括以下步骤：

S301：设置目标场景的烘焙环境。

S302：利用两种不同的烘焙参数，分别对目标场景进行高光烘焙处理，获得目标场景的两个高光烘焙处理结果。

以上步骤S301和步骤S302，与前述实施方式中的步骤S201和步骤S202相同，此处不再赘述。本发明实施例与上述实施方式的不同点在于，还包括：

S303：将两个高光烘焙处理结果进行合并，获得高光烘焙合并结果。

S304：对高光烘焙合并结果进行存储。

对于两张高光烘焙处理结果的图片，可以作为两个高光烘焙的计算分量，当光照非常确定后，可以再去研究如何保证信息最大化且不丢失的情况下，将该两张图片合并。因为高光烘焙处理结果的原理，是只需要一个颜色参数和一个颜色比例参数即可，所以将两张高光烘焙处理结果的图片合并为一张图片保存，能够简化图片的保存流程。

S305：通过PBR方式对高光烘焙合并结果进行采样。

在对目标场景进行实际渲染时，可以通过PBR方式对前述步骤经烘焙处理及合并处理后生成的高光烘焙处理结果的图片进行采样。

S306：基于采样到的高光烘焙合并结果，对目标场景进行渲染，生成渲染结果。

采用本发明实施例提供的游戏场景的渲染方法，可以基于一张高光烘焙处理结果的图片，对目标场景进行渲染，进而生成最终的渲染结果。相比于上述实施例的实施方式，本实施例能够进一步简化目标场景的PBR渲染过程，因此能够更大程度上缓解现有技术中PBR渲染效率偏低的技术问题。

如图7所示，本发明实施例提供了一种游戏场景的渲染装置，包括：

预处理模块100，用于对目标场景进行烘焙，获得多个预处理结果；其中，多个预处理结果包括目标场景分别在两种烘焙参数下的两个高光烘焙处理结果。

在另一实施方式中，多个预处理结果还包括目标场景的漫反射处理结果。

渲染模块200，用于通过基于物理的渲染PBR方式对预处理结果进行采样，并基于采样得到的预处理结果生成目标场景的渲染结果。

如图8所示，在另一实施方式中，上述预处理模块，包括：

环境子模块110，用于设置目标场景的烘焙环境。

在一些实施方式中，上述环境子模块，具体用于：获取目标场景的相机角度；利用Blender工具设置与所述目标场景的相机角度相同的正交相机。

烘焙子模块120，用于利用两种不同的烘焙参数，分别对目标场景进行高光烘焙处理，获得目标场景的两个高光烘焙处理结果。

在一些实施方式中，上述预处理模块，还包括：

合并子模块130，用于将两个高光烘焙处理结果进行合并，获得高光烘焙合并结果。

存储子模块140，用于对高光烘焙合并结果进行存储。

如图9所示，在一些实施方式中，上述渲染模块，包括：

采样子模块210，用于通过PBR方式分别对两个高光烘焙处理结果进行采样。

渲染子模块220，用于基于两个高光烘焙处理结果，对目标场景进行渲染，生成渲染结果。

在一些实施方式中，上述渲染子模块，具体用于：根据两个高光烘焙处理结果，获得菲涅尔方程的反射参数；利用反射参数对应的菲涅尔方程，对目标场景进行渲染，生成渲染结果。

在一些实施方式中，采样子模块210，还可用于通过PBR方式对高光烘焙合并结果进行采样。

渲染子模块220，还可用于基于采样到的高光烘焙合并结果，对目标场景进行渲染，生成渲染结果。

本发明实施例提供的游戏场景的渲染装置，与上述实施例提供的游戏场景的渲染方法具有相似的技术特征，详细实现方式本实施例中不再赘述。

本发明实施例提供一种电子设备，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述实施例提供的方法的步骤。

本发明实施例提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，程序代码使处理器执行上市实施例提供的方法的步骤。

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。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所公开的技术内容，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。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种游戏场景的渲染方法，其特征在于，包括：

在离线状态下对目标场景进行烘焙，获得多个预处理结果；其中，所述多个预处理结果包括所述目标场景分别在两种烘焙参数下的两个高光烘焙处理结果、以及合并两个所述高光烘焙处理结果后的高光烘焙合并结果；

通过基于物理的渲染PBR方式对所述预处理结果进行采样，并基于采样得到的所述预处理结果生成所述目标场景的渲染结果；

在离线状态下对目标场景进行烘焙，获得多个预处理结果，包括：

设置目标场景的烘焙环境；

在离线状态下利用两种不同的烘焙参数，分别对所述目标场景进行高光烘焙处理，获得所述目标场景的两个高光烘焙处理结果；

在离线状态下利用两种不同的烘焙参数，分别对所述目标场景进行高光烘焙处理，获得所述目标场景的两个高光烘焙处理结果之后，还包括：

将两个所述高光烘焙处理结果进行合并，获得高光烘焙合并结果；

对所述高光烘焙合并结果进行存储。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个预处理结果还包括所述目标场景的漫反射处理结果。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过基于物理的渲染PBR方式对所述预处理结果进行采样，并基于所述预处理结果生成所述目标场景的渲染结果，包括：

通过PBR方式分别对两个所述高光烘焙处理结果进行采样；

基于两个所述高光烘焙处理结果，对所述目标场景进行渲染，生成渲染结果。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于两个所述高光烘焙处理结果，对所述目标场景进行渲染，生成渲染结果，包括：

根据两个所述高光烘焙处理结果，获得菲涅尔方程的反射参数；

利用所述反射参数对应的菲涅尔方程，对所述目标场景进行渲染，生成渲染结果。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过基于物理的渲染PBR方式对所述预处理结果进行采样，并基于所述预处理结果生成所述目标场景的渲染结果，包括：

通过PBR方式对所述高光烘焙合并结果进行采样；

基于采样到的所述高光烘焙合并结果，对所述目标场景进行渲染，生成渲染结果。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置目标场景的烘焙环境，包括：

获取目标场景的相机角度；

利用Blender工具设置与所述目标场景的相机角度相同的正交相机。

7.一种游戏场景的渲染装置，其特征在于，包括：

预处理模块，用于在离线状态下对目标场景进行烘焙，获得多个预处理结果；其中，所述多个预处理结果包括所述目标场景分别在两种烘焙参数下的两个高光烘焙处理结果、以及合并两个所述高光烘焙处理结果后的高光烘焙合并结果；

渲染模块，用于通过基于物理的渲染PBR方式对所述预处理结果进行采样，并基于采样得到的所述预处理结果生成所述目标场景的渲染结果；

预处理模块包括：

环境子模块，用于设置目标场景的烘焙环境；

烘焙子模块，用于利用两种不同的烘焙参数，分别对目标场景进行高光烘焙处理，获得目标场景的两个高光烘焙处理结果；

预处理模块，还包括：

合并子模块，用于将两个高光烘焙处理结果进行合并，获得高光烘焙合并结果；

存储子模块，用于对高光烘焙合并结果进行存储。

8.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述权利要求1至6任一项所述的方法的步骤。

9.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求1至6任一项所述的方法的步骤。